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JP2003172633A - Integrated direction sensor - Google Patents

Integrated direction sensor

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JP2003172633A
JP2003172633A JP2001374890A JP2001374890A JP2003172633A JP 2003172633 A JP2003172633 A JP 2003172633A JP 2001374890 A JP2001374890 A JP 2001374890A JP 2001374890 A JP2001374890 A JP 2001374890A JP 2003172633 A JP2003172633 A JP 2003172633A
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Japan
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sensor
magnetic flux
weight portion
magnetic
support
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JP2001374890A
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Hirobumi Fukumoto
博文 福本
Masaya Yamashita
昌哉 山下
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Asahi Kasei Corp
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Asahi Kasei Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 方位検出および姿勢検出が可能であって、携
帯機器に搭載できるようにした小型の集積化方位センサ
の提供。 【解決手段】 この発明は、重力加速度を検出する加速
度センサ3と、地磁気を検出する磁気センサ4と、加速
度センサ3からの加速度情報および磁気センサ4からの
磁気情報を演算処理する演算処理部6とを備えたもので
ある。加速度センサ3は、ガラス台5に固定される支持
体8と、重り部7と、この重り部7を可動自在に支持体
8に支持させる梁31〜38等から構成される。加速度
センサ3を構成する重り部7上の所定位置には、磁気セ
ンサ4および演算処理部6がそれぞれ配置されている。
このように、この発明は、加速度センサ3を構成する重
り部7の一部に、磁気センサ4および演算処理部6を組
み込むようにし、全体として小型化を図るようにしたも
のである。
(57) [Summary] [Problem] To provide a small-sized integrated azimuth sensor capable of azimuth detection and attitude detection and capable of being mounted on a portable device. The present invention provides an acceleration sensor for detecting gravitational acceleration, a magnetic sensor for detecting terrestrial magnetism, and an arithmetic processing unit for arithmetically processing acceleration information from the acceleration sensor and magnetic information from the magnetic sensor. It is provided with. The acceleration sensor 3 includes a support body 8 fixed to the glass table 5, a weight 7, and beams 31 to 38 for movably supporting the weight 7 on the support 8. The magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 are respectively arranged at predetermined positions on the weight unit 7 constituting the acceleration sensor 3.
As described above, according to the present invention, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 are incorporated in a part of the weight unit 7 constituting the acceleration sensor 3, so that the overall size is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサと加速
度センサとを混載した複合センサに関し、特に、携帯機
器に内蔵されるべく小型で、その携帯機器の姿勢および
方位、すなわち重力および地磁気に対する角度を検出す
ることができる集積化方位センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite sensor in which a magnetic sensor and an acceleration sensor are mounted together, and in particular, it is small enough to be built in a portable device and has an attitude and orientation of the portable device, that is, an angle with respect to gravity and earth magnetism. The present invention relates to an integrated azimuth sensor capable of detecting the.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、姿勢を検出する姿勢検出装置とし
て、特開平10−185608号公報に記載のものが知
られている。この姿勢検出装置は、2軸の磁束を検出で
きる磁気センサと、2軸の加速度センサを用いた傾斜セ
ンサと、演算回路とで構成されている。磁気センサ、傾
斜センサ、および演算回路は、それぞれ独立した基板上
に形成されており、これらの独立の各基板が別の基板上
に配置されている。上記の磁気センサは、センサ表面に
平行な(直交する2)方向の地磁気成分を検知すること
が可能である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a posture detecting device for detecting a posture, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-185608 is known. This attitude detecting device is composed of a magnetic sensor capable of detecting biaxial magnetic flux, an inclination sensor using a biaxial acceleration sensor, and an arithmetic circuit. The magnetic sensor, the tilt sensor, and the arithmetic circuit are formed on independent substrates, and these independent substrates are arranged on different substrates. The magnetic sensor described above can detect a geomagnetic component in a direction parallel (orthogonal 2) to the sensor surface.

【0003】しかし、赤道上に近い一部地域を除いて、
地磁気ベクトルの方向は地表面に対して水平でなく俯角
が存在するため、装置を傾いた状態で使用すると、正確
な方位を検出することが不可能である。この不都合を解
消するには、傾斜センサにより装置の傾きを検知し、磁
気センサの出力信号を補正することにより、正確な地磁
気方位の検知を行うことが可能となる。一方、方位測定
の機能を備えた小型の加速度センサとして、特開平11
−160349号公報に記載のものが知られている。こ
れは、加速度センサを構成する基板と同一の基板上に、
その基板面に対して垂直な磁場を検出するホール素子を
設けたものである。すなわち、ガラスからなる台座の上
に、シリコンチップからなる重り部を可動自在に配置し
て加速度センサとし、その重り部の上にホール素子を配
置したものである。
However, except for some areas near the equator,
Since the direction of the geomagnetic vector is not horizontal with respect to the ground surface and there is a depression angle, it is impossible to detect an accurate azimuth when the device is used in a tilted state. In order to eliminate this inconvenience, it is possible to detect the tilt of the device by the tilt sensor and correct the output signal of the magnetic sensor to accurately detect the geomagnetic direction. On the other hand, as a small-sized acceleration sensor having a direction measuring function, Japanese Patent Application Laid-Open No.
The one described in JP-A-160349 is known. This is on the same substrate that constitutes the acceleration sensor,
A Hall element for detecting a magnetic field perpendicular to the substrate surface is provided. That is, a weight portion made of a silicon chip is movably arranged on a pedestal made of glass to serve as an acceleration sensor, and a hall element is arranged on the weight portion.

【0004】特開平10−185608号公報に記載の
姿勢検出装置では、磁気センサとしてフラックスゲート
センサを使用している。また、特開平11−16034
9号公報に記載のものでは、磁気センサとしてインジウ
ムアンチモン、ガリウム砒素などからなるホール素子を
使用している。
The attitude detecting device described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-185608 uses a fluxgate sensor as a magnetic sensor. In addition, JP-A-11-16034
The device disclosed in Japanese Patent No. 9 uses a Hall element made of indium antimony, gallium arsenide or the like as a magnetic sensor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平10−
185608号公報に記載の姿勢検出装置では、磁気セ
ンサと傾斜角センサとを独立の基板にそれぞれ形成し、
その独立の各基板を組立てるようにしている。このた
め、その姿勢検出装置を携帯機器のような小型の機器に
搭載する場合には、大きすぎるという不都合がある。と
ころで、特開平10−185608号公報に記載のフラ
ックスゲートセンサは、センサ表面に平行な方向の磁気
成分を検出する(1軸あるいは)2軸の磁気センサであ
り、センサ表面に垂直な方向の磁気成分を検出すること
ができない。
However, JP-A-10-
In the attitude detection device described in Japanese Patent No. 185608, the magnetic sensor and the inclination angle sensor are formed on independent substrates,
Each independent board is assembled. Therefore, when the attitude detection device is mounted on a small device such as a mobile device, there is a disadvantage that it is too large. By the way, the fluxgate sensor described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-185608 is a (1-axis or 2-axis) magnetic sensor that detects a magnetic component in a direction parallel to the sensor surface, and a magnetic force in a direction perpendicular to the sensor surface. The component cannot be detected.

【0006】前記公報には、傾斜センサの出力を使っ
て、フラックスゲートセンサの2軸の地磁気成分をもと
に補正計算を行い、地磁気方位すなわち地磁気の水平成
分を求める方法として、大きく分けて2通りの補正計算
方法が記載されている。前半では、地磁気の鉛直方向成
分を0と見なして補正計算をしている。しかしながら、
赤道上に近い極限られた地域を除いて、地磁気には鉛直
方向成分が存在し、通常日本国内では地磁気の俯角が3
5度〜60度の範囲にわたることが知られている。した
がって、地磁気の鉛直方向成分を0と仮定する前半の補
正法を適用すると、本来求めるべき地磁気の水平成分の
方向、すなわち地磁気方位とは異なる結果しか得られな
い。
In the above publication, the output of the tilt sensor is used to perform a correction calculation based on the biaxial geomagnetic component of the fluxgate sensor, and the method is roughly divided into 2 as a method for obtaining the geomagnetic direction, that is, the horizontal component of the geomagnetic field. The correct correction calculation method is described. In the first half, the vertical direction component of the geomagnetism is regarded as 0 and the correction calculation is performed. However,
Except for the extremely limited area near the equator, there is a vertical component in the geomagnetism, and the depression angle of the geomagnetism is usually 3 in Japan.
It is known to range from 5 degrees to 60 degrees. Therefore, when the correction method in the first half, which assumes that the vertical component of the geomagnetism is 0, is applied, only a result different from the direction of the horizontal component of the geomagnetism that should be originally obtained, that is, the geomagnetic direction is obtained.

【0007】一方、後半では、地磁気の鉛直方向成分を
一定値と見なして補正計算をしている。地磁気の鉛直方
向成分は場所によって異なるため、この方法では、測定
する場所が変化するたびに、毎回最初に姿勢検出装置を
鉛直に立てて、地磁気の鉛直成分を測定するという複雑
な操作を必要としている。また、この方法は姿勢検出装
置が大きく傾き、フラックスゲートセンサの表面が鉛直
に近い状態では、測定結果に大きな測定誤差を生じると
いう問題がある。
On the other hand, in the latter half, correction calculation is performed by regarding the vertical component of the geomagnetism as a constant value. Since the vertical component of the earth's magnetism varies from place to place, this method requires the complicated operation of standing the attitude detector upright first and measuring the vertical component of the earth's magnetism every time the place to be measured changes. There is. Further, this method has a problem that the attitude detection device is largely tilted, and a large measurement error occurs in the measurement result when the surface of the flux gate sensor is close to vertical.

【0008】傾斜角の検出では、特開平10−1856
08号公報に記載のように、2軸の加速度センサにより
検出可能である。しかし、この場合には、各軸の加速度
センサは、重力加速度の余弦成分を検知することになる
ため、傾斜角が大きくなると誤差が生じやすい。このた
め、地磁気の場合と同様に検出方向の加速度成分を正確
に検知する必要があり、感度などの温度特性の補償が必
要となる。地磁気方位とは水平方向の地磁気ベクトルの
向きであるから、使用する条件、例えば傾きなどを水平
に限定したとしても、少なくとも2軸の磁気センサが必
要であることはいうまでもない。
In detecting the tilt angle, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-1856.
It can be detected by a biaxial acceleration sensor as described in JP-A-08. However, in this case, since the acceleration sensor of each axis detects the cosine component of the gravitational acceleration, an error is likely to occur when the inclination angle becomes large. Therefore, similarly to the case of geomagnetism, it is necessary to accurately detect the acceleration component in the detection direction, and it is necessary to compensate for temperature characteristics such as sensitivity. Since the geomagnetic direction is the direction of the geomagnetic vector in the horizontal direction, it goes without saying that at least a biaxial magnetic sensor is required even if the conditions for use, such as the inclination, are limited to horizontal.

【0009】特開平11−160349号公報に記載の
ものでは、インジウムアンチモン、ガリウム砒素などか
らなるホール素子を加速度センサを構成する重り部の上
に設けている。一般に、ホール素子は感受面に対して垂
直方向すなわち1軸の磁束密度しか検知することができ
ないため、そのような構成では、正確な方位を知ること
は不可能である。また、前記公報には、ホール素子を用
いて2軸以上の磁束密度を検知する方法について、全く
記載がなく、たとえ傾斜センサの出力を利用したとして
も地磁気の水平成分の方向を補正計算することができな
い。
In the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-160349, a Hall element made of indium antimony, gallium arsenide, etc. is provided on a weight portion constituting an acceleration sensor. In general, since the Hall element can detect only the magnetic flux density in the direction perpendicular to the sensing surface, that is, in the uniaxial direction, it is impossible to know the accurate azimuth with such a configuration. Further, there is no description in the above publication about a method of detecting magnetic flux densities of two or more axes using a Hall element, and even if the output of the tilt sensor is used, the direction of the horizontal component of the geomagnetism is corrected and calculated. I can't.

【0010】そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑
み、方位検出および姿勢検出が可能であって、携帯機器
に搭載できるようにした小型の集積化方位センサを提供
することにある。
Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to provide a small integrated azimuth sensor which can detect the azimuth and the attitude and can be mounted on a portable device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して本発
明の目的を達成するために、請求項1〜請求項12に記
載の発明は、以下のように構成した。すなわち、請求項
1に記載の発明は、地磁気を検出する少なくとも3軸の
磁気センサと、重力加速度を検出する2軸以上の加速度
センサと、前記磁気センサからの出力信号および前記加
速度センサからの出力信号を処理する信号処理部とを備
え、前記加速度センサは、シリコン基板からなり固定さ
れた支持体と、シリコン基板からなる重り部と、この重
り部を可動自在に前記支持体に支持させる梁と、を少な
くとも備え、前記磁気センサおよび前記信号処理部を、
前記支持体上および前記重り部上のいずれか一方に配置
し、または前記支持体上と前記重り部上に分散配置する
ようにしたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the inventions described in claims 1 to 12 are configured as follows. That is, the invention according to claim 1 is a magnetic sensor of at least three axes for detecting geomagnetism, an acceleration sensor of two or more axes for detecting gravitational acceleration, an output signal from the magnetic sensor and an output from the acceleration sensor. A signal processing unit for processing a signal, wherein the acceleration sensor includes a support body made of a silicon substrate and fixed, a weight section made of the silicon substrate, and a beam for movably supporting the weight section on the support body. At least, the magnetic sensor and the signal processing unit,
It is characterized in that it is arranged either on the support or on the weight portion, or on the support and on the weight portion in a dispersed manner.

【0012】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の集積化方位センサにおいて、前記磁気センサは、前記
支持体上または前記重り部上の所定位置に配置され、前
記支持体または前記重り部の表面に沿う方向の磁束を収
束する磁気収束板と、前記支持体または前記重り部の表
面側であって、前記磁気収束板の所定の端部の近傍に配
置され、その各端部の近傍に広がる磁束をそれぞれ検出
する少なくとも3つのホール素子と、を備えたことを特
徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the integrated azimuth sensor according to the first aspect, the magnetic sensor is disposed at a predetermined position on the support or the weight portion, and the support or the support is provided. A magnetic flux concentrating plate that converges magnetic flux in a direction along the surface of the weight portion, and a surface side of the support or the weight portion, which is arranged near a predetermined end portion of the magnetic flux concentrating plate, and each end portion thereof. And at least three Hall elements for respectively detecting magnetic fluxes spreading in the vicinity of.

【0013】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の集積化方位センサにおいて、前記磁気センサは、前記
支持体上または前記重り部上であって、その所定位置に
配置される第1の磁気収束板と、前記支持体上または前
記重り部上であって、前記第1の磁気収束板の周囲の外
周方向に所定間隔をおいて配置される複数の第2の磁気
収束板と、前記支持体または前記重り部の表面側であっ
て、前記第1の磁気収束板と前記各第2の磁気収束板と
が隣接し合う各近傍に、その近傍に広がる磁束をそれぞ
れ検出する複数のホール素子と、を備えたことを特徴と
するものである。
According to a third aspect of the present invention, in the integrated azimuth sensor according to the second aspect, the magnetic sensor is arranged at a predetermined position on the support or the weight portion. One magnetic flux concentrator plate and a plurality of second magnetic flux concentrator plates on the support or on the weight portion and arranged at predetermined intervals in an outer peripheral direction around the first magnetic flux concentrator plate; A plurality of magnetic fluxes that are located on the surface side of the support or the weight portion and that are adjacent to the first magnetic flux concentrator plate and the second magnetic flux concentrator plates are adjacent to each other, and that detect a magnetic flux spreading in the vicinity thereof. And a Hall element of.

【0014】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の集積化方位センサにおいて、前記磁気センサは、前記
支持体上または前記重り部上であって、その所定の中心
部を挟んで第1の方向に対向して配置され、その第1の
方向に磁束を収束する第1の磁気収束板と、前記支持体
上または前記重り部上であって、前記中心部を挟んで第
1の方向と直交する第2の方向に対向して配置され、そ
の第2の方向に磁束を収束する第2の磁気収束板と、前
記支持体または前記重り部の表面側であって、前記第1
および第2の磁気収束板の前記中心部側の各端部の近傍
に、その近傍に広がる磁束をそれぞれ検出するホール素
子と、を備えたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the integrated azimuth sensor according to the first aspect, the magnetic sensor is on the support body or the weight portion and sandwiches a predetermined center portion thereof. A first magnetic flux concentrator plate that is disposed so as to face the first direction and converges the magnetic flux in the first direction; and a first magnetic flux focusing plate that is on the support or on the weight portion and that sandwiches the central portion. A second magnetic flux concentrator plate that is disposed so as to face a second direction orthogonal to the second direction and that converges the magnetic flux in the second direction; 1
And a Hall element for detecting the magnetic flux spreading in the vicinity of each of the ends of the second magnetic flux concentrator on the side of the center, respectively.

【0015】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
の集積化方位センサにおいて、前記磁気センサは、前記
支持体上または前記重り部上であって、その所定位置に
配置される十字形状の磁気収束板と、前記支持体または
前記重り部の表面側であって、前記磁気収束板の各端部
の近傍に、その近傍に広がる磁束をそれぞれ検出するホ
ール素子と、を備えたことを特徴とするものである。請
求項6に記載の発明は、請求項2乃至請求項5のいずれ
かに記載の集積化方位センサにおいて、前記磁気収束板
は、軟磁性材料からなる薄板により構成されることを特
徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the integrated azimuth sensor according to the first aspect, the magnetic sensor is on the support or on the weight portion, and is arranged at a predetermined position thereof. A magnetic converging plate having a shape, and a Hall element for detecting a magnetic flux spreading in the vicinity of each end of the magnetic concentrating plate on the surface side of the support or the weight portion, respectively. It is characterized by. According to a sixth aspect of the present invention, in the integrated orientation sensor according to any of the second to fifth aspects, the magnetic flux concentrator plate is composed of a thin plate made of a soft magnetic material. Is.

【0016】請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請
求項6のいずれかに記載の集積化方位センサにおいて、
前記加速度センサ部は、中央に中空部を有して固定され
た支持体と、この支持体の中空部内に配置される重り部
と、この重り部を可動自在に前記支持体に支持させる肉
厚の薄い複数の梁と、を備え、前記重り部の上に前記磁
気センサを配置するようにしたことを特徴とするもので
ある。請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項6
のいずれかに記載の集積化方位センサにおいて、前記加
速度センサ部は、固定された支持体と、この支持体を囲
うように配置される重り部と、この重り部を可動自在に
前記支持体に支持させる肉厚の薄い複数の梁と、を備
え、前記重り部の上に前記磁気センサを配置するように
したことを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the integrated azimuth sensor according to any one of the first to sixth aspects,
The acceleration sensor portion has a support body having a hollow portion in the center and fixed, a weight portion arranged in the hollow portion of the support body, and a wall thickness for movably supporting the weight portion on the support body. And a plurality of thin beams, and the magnetic sensor is arranged on the weight portion. The invention according to claim 8 is the first to sixth aspects.
In the integrated azimuth sensor according to any one of 1, the acceleration sensor unit includes a fixed support member, a weight portion arranged so as to surround the support member, and the weight portion movably attached to the support member. A plurality of thin-walled beams to be supported, and the magnetic sensor is arranged on the weight portion.

【0017】請求項9に記載の発明は、請求項7または
請求項8に記載の集積化方位センサにおいて、前記各梁
は、その両端の応力集中部に応力検知素子としてピエゾ
抵抗素子を備えていることを特徴とするものである。請
求項10に記載の発明は、請求項7または請求項8に記
載の集積化方位センサにおいて、前記各梁は、その両端
の応力集中部に応力検知素子としてMOSトランジスタ
を備えていることを特徴とするものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the integrated azimuth sensor according to the seventh or eighth aspect, each of the beams has a piezoresistive element as a stress detecting element at a stress concentration portion at both ends thereof. It is characterized by being present. According to a tenth aspect of the invention, in the integrated orientation sensor according to the seventh or eighth aspect, each of the beams is provided with a MOS transistor as a stress detecting element at a stress concentration portion at both ends thereof. It is what

【0018】請求項11に記載の発明は、請求項1乃至
請求項6のいずれかに記載の集積化方位センサにおい
て、前記加速度センサ部は、前記支持体、前記重り部、
および前記複数の梁の他に、前記重り部の上側に前記支
持体と固定され、重り部が可動できる空間を有するケー
スをさらに備え、前記重り部の表面の所定位置に可動電
極を設けるとともに、前記ケースの裏面側であって前記
可動電極に対向する位置に固定電極を設け、静電容量型
の加速度センサを形成するようにしたことを特徴とする
ものである。
An eleventh aspect of the present invention is the integrated azimuth sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the acceleration sensor section is the support, the weight section,
And in addition to the plurality of beams, further comprising a case that is fixed to the support on the upper side of the weight portion and has a space in which the weight portion can move, and a movable electrode is provided at a predetermined position on the surface of the weight portion, It is characterized in that a fixed electrode is provided on the back surface side of the case at a position facing the movable electrode to form a capacitance type acceleration sensor.

【0019】請求項12に記載の発明は、請求項11に
記載の集積化方位センサにおいて、前記磁気収束板と前
記可動電極は、同一の軟磁性材料からなることを特徴と
するものである。このような構成からなる本発明によれ
ば、地磁気と重力加速度に基づいた方位を検出すること
が可能であって、携帯機器などに搭載できる小型の集積
化方位センサを実現できる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the integrated azimuth sensor according to the eleventh aspect, the magnetic flux concentrator plate and the movable electrode are made of the same soft magnetic material. According to the present invention having such a configuration, it is possible to realize a small-sized integrated azimuth sensor that can detect an azimuth based on geomagnetism and gravitational acceleration and can be mounted on a mobile device or the like.

【0020】また、請求項3に記載の発明などでは、磁
気収束板の配置個数を増やすことができるので、その磁
気収束板による磁束の収束効果を高めることができ、磁
気センサの感度を上げることができる。また、この場合
には、ホール素子の配置個数が増加できるので、各ホー
ル素子からの出力電圧を演算後の出力を大きくすること
ができるという利点がある。さらに、請求項4や請求項
5に記載の発明では、磁気収束板を細長い形状にするこ
とができる。このため、磁気収束板の反磁界係数が小さ
くなり、磁気収束板が配置される基板に対して水平方向
の磁束の収束効果を高め、磁気センサの感度を上げるこ
とができる。
Further, in the invention according to the third aspect, since the number of magnetic flux concentrator plates to be arranged can be increased, the magnetic flux converging effect by the magnetic flux concentrator plates can be enhanced and the sensitivity of the magnetic sensor can be enhanced. You can Further, in this case, since the number of arranged Hall elements can be increased, there is an advantage that the output voltage after calculating the output voltage from each Hall element can be increased. Further, according to the invention described in claims 4 and 5, the magnetic flux concentrator plate can be formed in an elongated shape. For this reason, the demagnetizing field coefficient of the magnetic flux concentrator is reduced, the magnetic flux converging effect in the horizontal direction can be enhanced with respect to the substrate on which the magnetic flux concentrator is arranged, and the sensitivity of the magnetic sensor can be enhanced.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 (第1実施形態)図1は、本発明の第1実施形態の外観
構造を示し、その一部を破断した斜視図である。この第
1実施形態に係る集積化方位センサは、図1に示すよう
に、重力加速度を検出する3軸の加速度センサ3と、地
磁気を検出する少なくとも3軸の磁気センサ4と、加速
度センサ3からの加速度情報および磁気センサ4からの
磁気情報を後述のように演算処理して方位角を求める信
号処理部である演算処理部6と、を備えたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing an external structure of a first embodiment of the present invention, a part of which is cut away. As shown in FIG. 1, the integrated azimuth sensor according to the first embodiment includes a triaxial acceleration sensor 3 that detects gravitational acceleration, at least a triaxial magnetic sensor 4 that detects geomagnetism, and an acceleration sensor 3. The acceleration processing information and the magnetic information from the magnetic sensor 4 are arithmetically processed as described later to obtain an azimuth angle. The arithmetic processing section 6 is a signal processing section.

【0022】加速度センサ3は、ガラス台5に固定され
る支持体8と、重り部7と、この重り部7を可動自在に
支持体8に支持させる梁31〜38などから構成され
る。この構成については、後述する。さらに、加速度セ
ンサ3を構成する重り部7上の所定位置には、図1に示
すように、加速度センサ3に対してその規模が小さな磁
気センサ4および演算処理部6がそれぞれ配置されてい
る。
The acceleration sensor 3 comprises a support 8 fixed to the glass table 5, a weight portion 7, and beams 31 to 38 for movably supporting the weight portion 7 on the support body 8. This configuration will be described later. Further, as shown in FIG. 1, a magnetic sensor 4 and an arithmetic processing unit 6 which are smaller in scale than the acceleration sensor 3 are arranged at predetermined positions on the weight portion 7 constituting the acceleration sensor 3.

【0023】このように、この第1実施形態に係る方位
角センサは、加速度センサ3を構成する重り部7の一部
に、加速度センサ3よりもその規模が小さな磁気センサ
4および演算処理部6を組み込むようにし、全体として
小型化を図るようにしたものである。次に、加速度セン
サ3の構成について説明する。ここで、加速度センサ3
は、本発明の出願人により国際出願され、すでに国際公
開された国際公開公報(国際公開番号:WO00/79
288 A1)に記載の加速度センサとその構成が同様
である。このため、以下では、第1実施形態の説明に必
要な範囲で、その構成等を説明する。
As described above, in the azimuth angle sensor according to the first embodiment, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 which are smaller in scale than the acceleration sensor 3 are provided in a part of the weight portion 7 constituting the acceleration sensor 3. It is intended to be downsized as a whole. Next, the configuration of the acceleration sensor 3 will be described. Here, the acceleration sensor 3
Is an international publication (International Publication Number: WO00 / 79) that has been internationally applied by the applicant of the present invention and has already been published internationally.
The configuration is the same as that of the acceleration sensor described in 288 A1). Therefore, the configuration and the like will be described below to the extent necessary for the description of the first embodiment.

【0024】すなわち、この加速度センサ3は、図1に
示すように、ガラス基板5上に形成され、そのガラス基
板5上の中央に、四角錐台からなりその上下を逆にした
重り部7が可動自在に配置されている。この重り部7の
周囲には、所定の間隔をおいて四角形の枠からなる支持
体8がその重り部7を囲うように配置されるとともに、
その支持体8はガラス基板5に固定されている。重り部
7は、肉厚の薄い梁31〜38により支持体8に可動自
在に支持されるとともに、その各梁31〜38は、その
長さ方向が重り部7の各辺に沿うように配置されてい
る。
That is, as shown in FIG. 1, the acceleration sensor 3 is formed on a glass substrate 5, and a weight portion 7 formed of a quadrangular pyramid pyramid and inverted upside down is formed at the center of the glass substrate 5. It is movably arranged. Around the weight portion 7, a support body 8 made of a rectangular frame is arranged at a predetermined interval so as to surround the weight portion 7, and
The support 8 is fixed to the glass substrate 5. The weight portion 7 is movably supported by the support 8 by the thin-walled beams 31 to 38, and the respective beams 31 to 38 are arranged such that the length direction thereof is along each side of the weight portion 7. Has been done.

【0025】支持体8、重り部7、および梁31〜38
は、シリコン基板を素材にして形成されている。梁3
1、32は、図示のように、その長さ方向が重り部7の
上辺に沿うように配置され、その各一端は重り部7の上
辺の中央部に共通に接続され、その各他端が支持体8の
内周部の角部の近傍にそれぞれ接続されている。同様
に、梁33、34、梁35、36、および梁37、38
は、図示のように、その長さ方向が重り部7の左辺、下
辺、および右辺にそれぞれ沿うように配置され、その各
梁の一端は重り部7の対応する辺の中央部に共通に接続
され、その各他端は支持体8の内周部の対応する角部の
近傍にそれぞれ接続されている。
Support 8, weight 7, and beams 31-38
Is made of a silicon substrate. Beam 3
1, 32 are arranged so that the length direction thereof is along the upper side of the weight portion 7, one end thereof is commonly connected to the central portion of the upper side of the weight portion 7, and the other end thereof is The support 8 is connected in the vicinity of each corner of the inner peripheral portion. Similarly, beams 33, 34, beams 35, 36, and beams 37, 38.
Are arranged so that their length directions are along the left side, the lower side, and the right side of the weight portion 7, respectively, and one end of each beam is commonly connected to the central portion of the corresponding side of the weight portion 7. The other ends thereof are respectively connected to the inner peripheral portion of the support 8 in the vicinity of the corresponding corners.

【0026】従って、支持体8の内周部の4つの各角部
には、図1に示すような4つの空間39が形成されるこ
とになる。梁31、32の応力集中部である両端には、
応力検出素子21、22、23、24が配置されてい
る。同様に、梁33、34、梁35、36、および梁3
7、38の各両端には、応力検出素子21〜24がそれ
ぞれ配置されている。応力検出素子21〜24として
は、ピエゾ抵抗素子、MOSトランジスタなどが使用さ
れる。
Therefore, four spaces 39 as shown in FIG. 1 are formed at each of the four corners of the inner peripheral portion of the support 8. At both ends of the beams 31, 32, which are stress concentration parts,
The stress detecting elements 21, 22, 23, 24 are arranged. Similarly, beams 33, 34, beams 35, 36, and beam 3
The stress detecting elements 21 to 24 are arranged at both ends of the wires 7 and 38, respectively. As the stress detecting elements 21 to 24, piezoresistive elements, MOS transistors, etc. are used.

【0027】このような構成からなる加速度センサ3で
は、加速度が作用すると、重り部7には、その加速度の
方向とは反対方向に慣性力が働き、応力検出素子21〜
24の部分に応力が生じる。16箇所に配置された応力
検出素子21〜24の出力信号を使用して所定の演算を
することにより、3次元空間における加速度ベクトルを
得ることができる。なお、この動作の詳細は、上記の国
際公開公報に記載されているので、ここではその説明は
省略する。
In the acceleration sensor 3 having such a structure, when acceleration acts, an inertial force acts on the weight portion 7 in a direction opposite to the direction of the acceleration, and the stress detecting elements 21 to 21.
Stress is generated in the portion 24. An acceleration vector in a three-dimensional space can be obtained by performing a predetermined calculation using the output signals of the stress detection elements 21 to 24 arranged at 16 places. Since the details of this operation are described in the above-mentioned International Publication, the description thereof is omitted here.

【0028】加速度センサ3には、常に重力加速度が作
用しているため、その求めた加速度ベクトルに基づき、
後述のように、地表水平面に対する基板面(重り部7)
の傾きを得ることできる。また、応力検出素子21〜2
4は、同一基板上に同時に形成されるため、特性のばら
つきが小さく、応力検出素子21〜24の感度の温度係
数は同様に変化する。従って、加速度ベクトルの3成分
の相対値は温度が変化しても一定であり、地表水平面に
対する基板面の傾きを精度良く得ることができる。
Since gravitational acceleration always acts on the acceleration sensor 3, based on the obtained acceleration vector,
As will be described later, the substrate surface (weight portion 7) with respect to the horizontal surface of the surface.
You can get the slope of. In addition, the stress detection elements 21 to 2
Since No. 4 is formed on the same substrate at the same time, variations in characteristics are small, and the temperature coefficient of sensitivity of the stress detection elements 21 to 24 changes similarly. Therefore, the relative values of the three components of the acceleration vector are constant even if the temperature changes, and the inclination of the substrate surface with respect to the horizontal surface of the surface can be accurately obtained.

【0029】次に、磁気センサ4の構成の詳細につい
て、図2を参照して説明する。図2(A)は磁気センサ
4の平面図であり、図2(B)は同図(A)のA−A線
の断面図である。磁気センサ4は、図2に示すように、
シリコン基板からなる重り部7の表面に形成されてい
る。すなわち、重り部7の表面の所定の4カ所の位置
に、ホール素子41〜44が形成されている。このホー
ル素子41〜44の形成は、CMOS回路を形成する従
来の方法により、演算処理部6と同時に行う。
Next, details of the structure of the magnetic sensor 4 will be described with reference to FIG. 2A is a plan view of the magnetic sensor 4, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line AA of FIG. The magnetic sensor 4 is, as shown in FIG.
It is formed on the surface of the weight portion 7 made of a silicon substrate. That is, the Hall elements 41 to 44 are formed at predetermined four positions on the surface of the weight portion 7. The Hall elements 41 to 44 are formed simultaneously with the arithmetic processing unit 6 by a conventional method for forming a CMOS circuit.

【0030】ホール素子41とホール素子42とは、図
2(A)に示すように、重り部7の表面のX軸方向に対
向して配置されている。また、ホール素子43とホール
素子44とは、重り部7の表面のY軸方向に対向して配
置されている。このため、ホール素子41、42の配置
方向と、ホール素子43、44の配置方向とは直交する
ようになっている。重り部7およびホール素子41〜4
4の表面には、絶縁層51が形成され、この絶縁層51
の表面に磁気収束板45が配置されている。磁気収束板
45は、例えば軟磁性材料からなる円板状の薄板で構成
される。磁気収束板45は、その中心がホール素子4
1、42とホール素子43、44との配置が直交する位
置になるように配置されている。そして、磁気収束板4
5は、配置されたときに、磁気収束板45の外周端部の
近傍が、ホール素子41〜44と対向するようになって
いる。
As shown in FIG. 2A, the hall element 41 and the hall element 42 are arranged so as to face each other in the X-axis direction on the surface of the weight portion 7. The Hall element 43 and the Hall element 44 are arranged so as to face each other in the Y-axis direction on the surface of the weight portion 7. Therefore, the arrangement direction of the Hall elements 41 and 42 is orthogonal to the arrangement direction of the Hall elements 43 and 44. Weight 7 and Hall elements 41 to 4
An insulating layer 51 is formed on the surface of the insulating layer 51.
The magnetic flux concentrator 45 is disposed on the surface of the. The magnetic flux concentrator plate 45 is made of, for example, a disc-shaped thin plate made of a soft magnetic material. The magnetic flux concentrator 45 has a Hall element 4 at its center.
1, 42 and the Hall elements 43, 44 are arranged so as to be orthogonal to each other. And the magnetic flux concentrator 4
5 is arranged such that the vicinity of the outer peripheral end of the magnetic flux concentrator plate 45 faces the Hall elements 41 to 44 when arranged.

【0031】このような構成により、磁気収束板45
は、その磁気収束板45に平行な磁束を収束するように
なっている。次に、このような構成からなる磁気センサ
4の動作について、図2を参照して説明する。まず、X
軸方向の磁束について説明する。図2(B)に示すよう
に、X軸方向の磁束Bxは、磁気収束板45によりX軸
方向に収束されるが、磁気収束板45の端部ではその磁
束がZ軸方向に拡がり、ホール素子41、42では磁束
のZ軸方向の成分が現われる。
With such a configuration, the magnetic flux concentrator plate 45
Are designed to converge magnetic flux parallel to the magnetic flux concentrator plate 45. Next, the operation of the magnetic sensor 4 having such a configuration will be described with reference to FIG. First, X
The magnetic flux in the axial direction will be described. As shown in FIG. 2 (B), the magnetic flux Bx in the X-axis direction is converged in the X-axis direction by the magnetic flux concentrator plate 45, but at the end of the magnetic flux concentrator plate 45, the magnetic flux spreads in the Z-axis direction, causing holes. In the elements 41 and 42, the Z-axis direction component of the magnetic flux appears.

【0032】このとき、ホール素子41とホール素子4
2での磁束のZ軸方向の成分は逆向きであるので、ホー
ル素子41の出力とホール素子42の出力の差分をとれ
ば、X軸方向の磁束密度を検出することができる。な
お、このとき、外部からZ軸方向の磁束が加わっても、
ホール素子41の出力とホール素子42の出力の差分を
とるので、キャンセルされる。Y軸方向の磁束について
は、磁気収束板45で収束されても、ホール素子41、
42の位置ではZ軸方向の成分としては現われない。
At this time, the Hall element 41 and the Hall element 4
Since the Z-axis component of the magnetic flux in 2 is opposite, the magnetic flux density in the X-axis direction can be detected by taking the difference between the output of the Hall element 41 and the output of the Hall element 42. At this time, even if a magnetic flux in the Z-axis direction is applied from the outside,
Since the difference between the output of the hall element 41 and the output of the hall element 42 is calculated, the difference is canceled. Regarding the magnetic flux in the Y-axis direction, even if the magnetic flux is converged by the magnetic flux concentrator 45, the Hall element 41,
At the position of 42, it does not appear as a component in the Z-axis direction.

【0033】Y軸方向の磁束密度は、X軸方向の磁束密
度と同様の原理により、ホール素子43、44により検
出できる。Z軸方向の磁束密度は、ホール素子41〜4
4の各出力の和をとることにより検出できる。このと
き、外部から加わるX軸方向の磁束については、ホール
素子41の出力とホール素子42の出力の和をとること
によりキャンセルされる。同様に、外部から加わるY軸
方向の磁束については、ホール素子43の出力とホール
素子44の出力の和をとることによりキャンセルされ
る。
The magnetic flux density in the Y-axis direction can be detected by the Hall elements 43 and 44 according to the same principle as the magnetic flux density in the X-axis direction. The magnetic flux density in the Z-axis direction is the Hall elements 41 to 4
This can be detected by taking the sum of the outputs of 4 above. At this time, the magnetic flux in the X-axis direction applied from the outside is canceled by taking the sum of the output of the Hall element 41 and the output of the Hall element 42. Similarly, the magnetic flux in the Y-axis direction applied from the outside is canceled by taking the sum of the output of the Hall element 43 and the output of the Hall element 44.

【0034】以上の説明を数式を用いて表すと、以下の
ようになる。すなわち、ホール素子41、42、43、
44の出力電圧をVh41、Vh42、Vh43、Vh
44とすると、演算後のX軸方向、Y軸方向、およびZ
軸方向の出力はDx、Dy、Dzは、次のようになる。 Dx=Vh41−Vh42 Dy=Vh43−Vh44 Dz=Vh41+Vh42+Vh43+Vh44 以上のように,磁気センサ4は、3次元空間における磁
束ベクトルを検知することができる。
The above description can be expressed as follows using mathematical expressions. That is, the hall elements 41, 42, 43,
44 output voltage to Vh41, Vh42, Vh43, Vh
44, the calculated X-axis direction, Y-axis direction, and Z
The outputs in the axial direction are as follows for Dx, Dy and Dz. Dx = Vh41-Vh42 Dy = Vh43-Vh44 Dz = Vh41 + Vh42 + Vh43 + Vh44 As described above, the magnetic sensor 4 can detect the magnetic flux vector in the three-dimensional space.

【0035】また、磁気センサ4は、同一シリコン基板
上に同時に形成される複数のホール素子41〜44で構
成されている。そのため、ホール素子41〜44は、特
性のばらつきが小さく、感度の温度特性は同様に変化す
る。従って、地磁気ベクトルの3成分の相対値は温度が
変化しても一定であり、地磁気の方向を精度良く検知す
ることができる。次に、上記のように構成される加速度
センサ3の出力信号と、磁気センサ4の出力信号とを演
算処理する演算処理部6の構成について、図3のブロッ
ク図を参照して説明する。
The magnetic sensor 4 is composed of a plurality of Hall elements 41 to 44 simultaneously formed on the same silicon substrate. Therefore, the Hall elements 41 to 44 have a small variation in characteristics, and the temperature characteristics of sensitivity also change. Therefore, the relative values of the three components of the geomagnetic vector are constant even if the temperature changes, and the direction of the geomagnetism can be detected with high accuracy. Next, the configuration of the arithmetic processing unit 6 that arithmetically processes the output signal of the acceleration sensor 3 and the output signal of the magnetic sensor 4 configured as described above will be described with reference to the block diagram of FIG.

【0036】この演算処理部6は、図3に示すように、
A/D変換部115と、補正計算部116と、補正値記
憶部117と、方位角計算部118とを備え、これらが
シリコン基板からなる重り部7上に集積回路化されてい
る。A/D変換部115は、加速度センサ3の出力信号
Ka、Kb、Kcと、磁気センサ4の出力信号Dx、D
y、Dzとがアナログ信号であるので、これらのアナロ
グ信号をデジタル信号(デジタル値)に変換するもので
ある。
As shown in FIG. 3, the arithmetic processing unit 6 is
An A / D conversion unit 115, a correction calculation unit 116, a correction value storage unit 117, and an azimuth angle calculation unit 118 are provided, and these are integrated on the weight unit 7 made of a silicon substrate. The A / D converter 115 outputs the output signals Ka, Kb, Kc of the acceleration sensor 3 and the output signals Dx, D of the magnetic sensor 4.
Since y and Dz are analog signals, these analog signals are converted into digital signals (digital values).

【0037】補正値記憶部117は、磁気センサ4のX
軸、Y軸、およびZ軸の出力信号Dx、Dy、Dzのオ
フセット値Lx、Ly、Lzと感度比Gx、Gy、Gz
を記憶するとともに、加速度センサ3のX軸、Y軸、お
よびZ軸の出力信号Ka、Kb、Kcのオフセット値M
x、My、Mzと感度比Hx、Hy、Hzを記憶するメ
モリである。このように、補正値記憶部117に補正用
の各データを記憶するのは、磁気センサ4の出力信号D
x、Dy、Dz、および加速度センサ3の出力信号K
a、Kb、Kcに、オフセットなどがあり、これを補正
するためである。
The correction value storage unit 117 stores the X value of the magnetic sensor 4.
Offset values Lx, Ly, Lz of the output signals Dx, Dy, Dz of the axis, the Y axis, and the Z axis and the sensitivity ratios Gx, Gy, Gz.
And the offset value M of the X-axis, Y-axis, and Z-axis output signals Ka, Kb, and Kc of the acceleration sensor 3.
It is a memory for storing x, My, Mz and sensitivity ratios Hx, Hy, Hz. As described above, the correction value storage unit 117 stores each correction data by the output signal D of the magnetic sensor 4.
x, Dy, Dz, and the output signal K of the acceleration sensor 3
This is because there is an offset or the like in a, Kb, and Kc and this is to be corrected.

【0038】補正計算部116は、補正値記憶部117
に記憶されるオフセット値Lx、Ly、Lzと感度比G
x、Gy、Gzを用いることにより、磁気センサ4の出
力信号Dx、Dy、Dzを補正し、地磁気の各軸成分に
比例した値α、β、γだけを求め、これらを方位角計算
部118に出力するようになっている。また、補正計算
部116は、補正値記憶部117に記憶されるオフセッ
ト値Mx、My、Mzと感度比Hx、Hy、Hzを用い
ることにより、加速度センサ3の出力信号Ka、Kb、
Kcを補正し、重力に対する2軸の傾きφ、ηを求め、
これらを方位角計算部118に出力するようになってい
る。
The correction calculation unit 116 includes a correction value storage unit 117.
The offset values Lx, Ly, Lz and the sensitivity ratio G stored in
By using x, Gy, and Gz, the output signals Dx, Dy, and Dz of the magnetic sensor 4 are corrected, only the values α, β, and γ proportional to each axial component of the earth's magnetism are obtained, and these are calculated. It is designed to output to. Further, the correction calculation unit 116 uses the offset values Mx, My, Mz and the sensitivity ratios Hx, Hy, Hz stored in the correction value storage unit 117 to output the output signals Ka, Kb of the acceleration sensor 3.
Kc is corrected, and the biaxial inclinations φ and η with respect to gravity are obtained,
These are output to the azimuth angle calculation unit 118.

【0039】方位角計算部118は、補正計算部116
で補正後の地磁気の3軸データα、β、γと、重力に対
する2軸の傾きφ、ηとを用いることにより、後述のよ
うに、方位角θを算出するものである。次に、このよう
な構成からなる演算処理部6において、方位角計算部1
18が方位角θを算出するアルゴリズムの一例につい
て、以下に説明する。ここで、方位角計算部118に
は、感度とオフセットが補正された3軸の地磁気データ
α、β、γ、および重力に対する2軸の傾きφ、ηが、
補正計算部116から入力されるものとする。
The azimuth calculation unit 118 includes a correction calculation unit 116.
The azimuth angle θ is calculated as described below by using the corrected triaxial magnetic field data α, β, γ and the biaxial inclinations φ, η with respect to gravity. Next, in the arithmetic processing unit 6 having such a configuration, the azimuth angle calculation unit 1
An example of the algorithm by which 18 calculates the azimuth angle θ will be described below. Here, in the azimuth angle calculation unit 118, the triaxial geomagnetic data α, β, γ with corrected sensitivity and offset, and the biaxial inclinations φ, η with respect to gravity are
It is assumed that it is input from the correction calculator 116.

【0040】図4は、方位角θを算出する場合の地磁気
ベクトルと回転軸の関係を示す図である。図4におい
て、地磁気ベクトル(x、y、z)に対応してTMx軸
を設定し、このTMx軸に直交する2軸をTMy軸、T
Mz軸とする。また、この第1実施形態を携帯端末11
0に搭載して用いる場合において、地磁気ベクトル
(x、y、z)に対する携帯端末110の方位をθ、俯
角をδとする。さらに、携帯端末110は、水平面から
長手方向に角度φ、短手方向に角度ηだけ傾いているも
のとする。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the geomagnetic vector and the rotation axis when the azimuth angle θ is calculated. In FIG. 4, the TMx axis is set corresponding to the geomagnetic vector (x, y, z), and the two axes orthogonal to this TMx axis are TMy axis, T
Let it be the Mz axis. In addition, the mobile terminal 11 according to the first embodiment is used.
When mounted on 0 and used, the azimuth of the mobile terminal 110 with respect to the geomagnetic vector (x, y, z) is θ, and the depression angle is δ. Furthermore, the mobile terminal 110 is assumed to be inclined from the horizontal plane by an angle φ in the longitudinal direction and an angle η in the lateral direction.

【0041】そして、俯角δを補正するために、TMy
軸の周りに、−δだけ回転させ、この回転後の軸をH
X、HY、HZとする。次に、HZ軸の周りに、角度θ
だけ回転させ、この回転後の軸をM1x、M1y、M1
zとする。次に、M1y軸の周りに、−φだけ回転さ
せ、この回転後の軸をM2x、M2y、M2zとし、さ
らに、M2x軸の周りに、−ηだけ回転させる。
Then, in order to correct the depression angle δ, TMy
Rotate -δ around the axis, and rotate the axis after this by H
X, HY, and HZ. Then, around the HZ axis, the angle θ
And rotate the axes after this rotation to M1x, M1y, M1.
z. Next, it is rotated about the M1y axis by −φ, the rotated axes are set to M2x, M2y, and M2z, and further rotated about the M2x axis by −η.

【0042】これらの回転により、地磁気ベクトル
(x、y、z)と磁気センサ4からの出力(α、β、
γ)との間には、以下の(1)式が成り立つ。
By these rotations, the geomagnetic vector (x, y, z) and the output (α, β,
The following equation (1) is established between (γ).

【0043】[0043]

【数1】 [Equation 1]

【0044】そして、磁気ベクトル(x,y,z)=
(1、0、0)の関係により、磁気センサからの出力
(α、β、γ)を求めると、以下の(2)式が得られ
る。
Then, the magnetic vector (x, y, z) =
When the output (α, β, γ) from the magnetic sensor is obtained from the relationship of (1, 0, 0), the following equation (2) is obtained.

【0045】[0045]

【数2】 [Equation 2]

【0046】次に、(2)式のαの式を変形すると、以
下の(3)式が得られる。
Next, by modifying the expression of α in the expression (2), the following expression (3) is obtained.

【0047】[0047]

【数3】 [Equation 3]

【0048】次に、(3)式を(2)式のβ、γの式に
代入すると、以下の(4)、(5)式が得られる。
Next, by substituting the equation (3) into the equations β and γ in the equation (2), the following equations (4) and (5) are obtained.

【0049】[0049]

【数4】 [Equation 4]

【0050】次に、(4)、(5)式からcos(δ)
を求めると、以下の(6)式が得られる。
Next, from equations (4) and (5), cos (δ)
By obtaining, the following equation (6) is obtained.

【0051】[0051]

【数5】 [Equation 5]

【0052】次に、(6)式を変形して方位角θを求め
ると、以下に示す(7)式が得られる。
Next, by transforming the equation (6) to obtain the azimuth angle θ, the following equation (7) is obtained.

【0053】[0053]

【数6】 [Equation 6]

【0054】このように、3軸の地磁気データα、β、
γ、および重力に対する2軸の傾きデータφ、ηを用い
ることにより、俯角δを用いることなく、方位角θを算
出することができる。以上説明したように、この第1実
施形態では、加速度センサ3を構成する重り部7の一部
に、磁気センサ4および演算処理部6を組み込むように
した。このため、全体として小型化を図ることができ
る。
Thus, the triaxial geomagnetic data α, β,
The azimuth angle θ can be calculated without using the depression angle δ by using γ and the biaxial inclination data φ and η with respect to gravity. As described above, in the first embodiment, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 are incorporated in a part of the weight portion 7 that constitutes the acceleration sensor 3. Therefore, the size can be reduced as a whole.

【0055】また、この第1実施形態では、応力検出素
子21〜24が、同一基板上に同時に形成されるため、
特性のばらつきが小さく、応力検出素子21〜24の感
度の温度係数は同様に変化する。従って、加速度ベクト
ルの3成分の相対値は温度が変化しても一定であり、地
表水平面に対する基板面の傾きを精度良く得ることがで
きる。さらに、この第1実施形態では、磁気センサ4
が、同一シリコン基板上に同時に形成される複数のホー
ル素子41〜44で構成されている。そのため、ホール
素子41〜44は、特性のばらつきが小さく、感度の温
度特性は同様に変化する。従って、地磁気ベクトルの3
成分の相対値は温度が変化しても一定であり、地磁気の
方向を精度良く検知することができる。
Further, in the first embodiment, since the stress detecting elements 21 to 24 are simultaneously formed on the same substrate,
The variation in characteristics is small, and the temperature coefficient of sensitivity of the stress detecting elements 21 to 24 changes similarly. Therefore, the relative values of the three components of the acceleration vector are constant even if the temperature changes, and the inclination of the substrate surface with respect to the horizontal surface of the surface can be accurately obtained. Further, in the first embodiment, the magnetic sensor 4
Is composed of a plurality of Hall elements 41 to 44 which are simultaneously formed on the same silicon substrate. Therefore, the Hall elements 41 to 44 have a small variation in characteristics, and the temperature characteristics of sensitivity also change. Therefore, 3 of the geomagnetic vector
The relative value of the component is constant even if the temperature changes, and the direction of the geomagnetism can be detected with high accuracy.

【0056】さらにまた、この第1実施形態では、静止
しているときには、加速度ベクトルおよび磁束ベクトル
は変化しない。一方、動いているときには、加速度ベク
トルおよび磁束ベクトルは変化する。従って、この第1
実施形態を携帯機器に内蔵する場合には、加速度ベクト
ルおよび磁束ベクトルの変化を検知することにより、携
帯機器を使用していない状態、すなわち、静止状態を検
知でき、静止状態において不必要な電気回路を止めるこ
とにより消費電流を低減できる。
Furthermore, in this first embodiment, the acceleration vector and the magnetic flux vector do not change when stationary. On the other hand, when moving, the acceleration vector and the magnetic flux vector change. Therefore, this first
When the embodiment is incorporated in a mobile device, a state in which the mobile device is not used, that is, a stationary state can be detected by detecting changes in the acceleration vector and the magnetic flux vector, and an unnecessary electric circuit in the stationary state. The current consumption can be reduced by stopping.

【0057】なお、この第1実施形態では、加速度セン
サ3を構成する重り部7の一部に、磁気センサ4および
演算処理部6を組み込むようにした。しかし、磁気セン
サ4と演算処理部6は、加速度センサ3を構成する支持
体8に配置するようにしても良いし、または加速度セン
サ3を構成する重り部7と支持体8とに分散して配置す
るようにしても良い。このような考え方は、後述の各実
施形態においても同様に適用できる。
In the first embodiment, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 are incorporated in a part of the weight portion 7 which constitutes the acceleration sensor 3. However, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 may be arranged on the support 8 forming the acceleration sensor 3, or may be distributed to the weight portion 7 forming the acceleration sensor 3 and the support 8. You may arrange it. Such an idea can be similarly applied to each embodiment described later.

【0058】なおまた、この第1実施形態では、重り部
7上などにおいて、応力検出素子21〜24からの出力
信号と、磁気センサ4の出力信号とが、演算処理部6に
供給されるように適宜手段で電気的に接続され、かつ、
その演算処理部6の演算処理結果が外部に出力できるよ
うになっている。 (第2実施形態)この第2実施形態は、その基本的な構
成を第1実施形態と同様とし、その磁気センサ4(図2
参照)を、図5に示すような磁気センサ4Aに置き換え
たものである。従って、以下では、磁気センサ4Aの構
成についてのみ説明する。
In addition, in the first embodiment, the output signals from the stress detecting elements 21 to 24 and the output signal from the magnetic sensor 4 are supplied to the arithmetic processing unit 6 on the weight portion 7 or the like. Is electrically connected to the
The calculation processing result of the calculation processing unit 6 can be output to the outside. (Second Embodiment) This second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, and its magnetic sensor 4 (see FIG.
5) is replaced with a magnetic sensor 4A as shown in FIG. Therefore, only the configuration of the magnetic sensor 4A will be described below.

【0059】図5は、磁気センサ4Aの構成を示す図で
あり、図5(A)はその磁気センサ4Aの平面図であ
り、図5(B)は同図(A)のB−B線の断面図であ
る。この磁気センサ4Aは、図5に示すように、シリコ
ン基板からなる重り部7上の所定位置に、例えば円形の
薄板からなる磁気収束板65を配置している。さらに、
この磁気収束板65から所定間隔をおいた周囲には、そ
の磁気収束板65の外周方向に所定間隔をおいて、例え
ば円形の薄板からなる4つの磁気収束板66〜69を配
置するようにしている。磁気収束板65〜69は、例え
ば軟磁性材料からなる。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the magnetic sensor 4A, FIG. 5 (A) is a plan view of the magnetic sensor 4A, and FIG. 5 (B) is a line BB in FIG. 5 (A). FIG. In this magnetic sensor 4A, as shown in FIG. 5, a magnetic flux concentrating plate 65 made of, for example, a circular thin plate is arranged at a predetermined position on the weight portion 7 made of a silicon substrate. further,
Four magnetic flux concentrating plates 66 to 69, which are, for example, circular thin plates, are arranged around the magnetic flux concentrating plate 65 at a predetermined distance in the outer circumferential direction of the magnetic flux concentrating plate 65. There is. The magnetic flux concentrator plates 65 to 69 are made of, for example, a soft magnetic material.

【0060】さらに、詳述すると、磁気収束板65の左
右に、所定間隔をおいて2つの磁気収束板66、67を
配置するとともに、磁気収束板65の前後に、所定間隔
をおいて2つの磁気収束板68、69を配置するように
した。従って、磁気収束板67、65、66は所定間隔
をおいてX軸方向に配置され、磁気収束板68、65、
69は所定間隔をおいてY軸方向に配置されている。重
り部7の表面領域のうち、磁気収束板65と磁気収束板
66、67、68、69が隣接する領域の近傍であっ
て、磁気収束板65と磁気収束板66、67、68、6
9が対向し合う各端部の下部側には、ホール素子61
a、61b、62a、62b、63a、63b、64
a、64bがそれぞれ配置されている。
More specifically, two magnetic flux concentrating plates 66 and 67 are arranged on the right and left sides of the magnetic flux concentrating plate 65 with a predetermined interval, and two magnetic flux concentrating plates 65 are provided before and after the magnetic flux concentrating plate 65 with a predetermined interval. The magnetic flux concentrator plates 68 and 69 are arranged. Therefore, the magnetic flux concentrator plates 67, 65, 66 are arranged in the X-axis direction at a predetermined interval, and the magnetic flux concentrator plates 68, 65,
69 are arranged at a predetermined interval in the Y-axis direction. In the surface area of the weight portion 7, the magnetic flux concentrating plate 65 and the magnetic flux concentrating plates 66, 67, 68 and 69 are adjacent to each other, and the magnetic flux concentrating plate 65 and the magnetic flux concentrating plates 66, 67, 68 and 6 are adjacent to each other.
The Hall element 61 is provided on the lower side of each end portion where 9 are opposed to each other.
a, 61b, 62a, 62b, 63a, 63b, 64
a and 64b are arranged respectively.

【0061】すなわち、図5に示すように、磁気収束板
65と磁気収束板66とが対向し合う各端部の位置であ
って、その位置の下側近傍の重り部7の表面に、ホール
素子61a、61bが配置されている。また、磁気収束
板65と磁気収束板67とが対向し合う各端部の位置で
あって、その位置の下側近傍の重り部7の表面に、ホー
ル素子62a、62bが配置されている。従って、ホー
ル素子61a、61b、62a、62bの配列方向は、
X軸方向となる。
That is, as shown in FIG. 5, at the positions of the end portions where the magnetic flux concentrating plate 65 and the magnetic flux concentrating plate 66 face each other, and on the surface of the weight portion 7 near the lower side of the position, holes are formed. Elements 61a and 61b are arranged. Hall elements 62a and 62b are arranged on the surface of the weight portion 7 at the positions of the end portions where the magnetic flux concentrator plate 65 and the magnetic flux concentrator plate 67 face each other and below the positions. Therefore, the arrangement direction of the Hall elements 61a, 61b, 62a, 62b is
It is in the X-axis direction.

【0062】さらに、磁気収束板65と磁気収束板68
とが対向し合う各端部の位置であって、その位置の下側
近傍の重り部7の表面に、ホール素子63a、63bが
配置されている。また、磁気収束板65と磁気収束板6
9とが対向し合う各端部の位置であって、その位置の下
側近傍の重り部7の表面に、ホール素子64a、64b
が配置されている。従って、ホール素子63a、63
b、64a、64bの配列方向は、Y軸方向となる。
Further, the magnetic flux concentrator plate 65 and the magnetic flux concentrator plate 68.
Hall elements 63a and 63b are arranged on the surface of the weight portion 7 near the lower sides of the positions where and are opposed to each other. Further, the magnetic flux concentrator 65 and the magnetic flux concentrator 6
Hall elements 64a and 64b are provided on the surface of the weight portion 7 near the lower side of the positions at which the respective ends face each other.
Are arranged. Therefore, the Hall elements 63a, 63
The arrangement direction of b, 64a, and 64b is the Y-axis direction.

【0063】次に、このような構成からなる磁気センサ
4Aの動作について、図5を参照して説明する。いま、
X軸方向に外部から磁場が加わると、磁束は磁気収束板
67、65、66で収束される。この収束された磁束
は、磁気収束板65と磁気収束板67との間、および磁
気収束板65と磁気収束板66との間には隙間が存在す
る。このため、その収束された磁束は、その隙間の領域
で、図5(B)に示すようにZ軸方向に拡がる。
Next, the operation of the magnetic sensor 4A having such a configuration will be described with reference to FIG. Now
When a magnetic field is applied from the outside in the X-axis direction, the magnetic flux is converged by the magnetic flux concentrator plates 67, 65, 66. There are gaps in the converged magnetic flux between the magnetic flux concentrator plate 65 and the magnetic flux concentrator plate 67 and between the magnetic flux concentrator plate 65 and the magnetic flux concentrator plate 66. Therefore, the converged magnetic flux spreads in the Z-axis direction in the area of the gap as shown in FIG. 5 (B).

【0064】このとき、磁束のZ軸方向の成分は、ホー
ル素子61a、62bでは同じであり、これらに対して
ホール素子61b、62aではホール素子61a、62
bとは逆向きで同じである。従って、ホール素子61a
の出力電圧とホール素子62bの出力電圧との和と、ホ
ール素子61bの出力電圧とホール素子62aの出力電
圧との和を求め、その両者の差分をとることにより、X
軸方向の磁束密度を求めることができる。
At this time, the components of the magnetic flux in the Z-axis direction are the same in the Hall elements 61a and 62b, whereas those in the Hall elements 61b and 62a are the Hall elements 61a and 62b.
It is the same in the opposite direction as b. Therefore, the hall element 61a
X and the output voltage of the Hall element 62b, and the sum of the output voltage of the Hall element 61b and the output voltage of the Hall element 62a, and by taking the difference between them, X
The magnetic flux density in the axial direction can be obtained.

【0065】なお、Y軸方向の外部磁場に対しては、ホ
ール素子61a、61b、62a、62bの位置ではZ
軸方向の成分は現れない。Z軸方向の外部磁場に対して
は、ホール素子61a、61b、62a、62bの出力
電圧は全て同じであり、演算後のX軸方向の出力には現
れない。Y軸方向の磁束密度の検出は、ホール素子63
a、63b、64a、64bの出力電圧を、X軸方向の
場合と同様に演算することにより行うことができる。
With respect to the external magnetic field in the Y-axis direction, Z is at the positions of the Hall elements 61a, 61b, 62a and 62b.
No axial component appears. With respect to the external magnetic field in the Z-axis direction, the output voltages of the Hall elements 61a, 61b, 62a, 62b are all the same and do not appear in the output in the X-axis direction after the calculation. The Hall element 63 is used to detect the magnetic flux density in the Y-axis direction.
The output voltage of a, 63b, 64a, 64b can be calculated by the same calculation as in the X-axis direction.

【0066】Z軸方向の磁束密度の検出は、全てのホー
ル素子61a、61b、62a、62b、63a、63
b、64a、64bの出力電圧の和を取ることにより行
う。このとき、X軸方向およびY軸方向の外部磁場に対
しては、ホール素子61a、61bなど、一対となるホ
ール素子の出力電圧が逆方向であるので、これらの和を
取ることにより出力はゼロとなる。以上の説明を数式を
用いて表すと、以下のようになる。
The magnetic flux density in the Z-axis direction is detected by all the Hall elements 61a, 61b, 62a, 62b, 63a, 63.
This is done by taking the sum of the output voltages of b, 64a and 64b. At this time, the output voltage of the pair of Hall elements such as the Hall elements 61a and 61b is opposite to the external magnetic field in the X-axis direction and the Y-axis direction. Becomes The above description can be expressed as follows using mathematical expressions.

【0067】すなわち、ホール素子61a、61b、6
2a、62b、63a、63b、64a、64bの出力
電圧をVh61a、Vh61b、Vh62a、Vh62
b、Vh63a、Vh63b、Vh64a、Vh64b
とすると、演算後のX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方
向の出力はDx、Dy、Dzは、次のようになる。 Dx=Vh61a−Vh61b−Vh62a+Vh62
b Dy=Vh63a−Vh63b−Vh64a+Vh64
b Dz=Vh61a+Vh61b+Vh62a+Vh62
b+Vh63a+Vh63b+Vh64a+Vh64b 以上のように、この第2実施形態の磁気センサ4Aは、
第1実施形態の磁気センサ4に比べて、図5に示すよう
に磁気収束板の配置個数を増加できる。このため、その
磁気収束板による磁束の収束効果を高めることができ、
磁気センサの感度を上げることができる。
That is, the hall elements 61a, 61b, 6
The output voltages of 2a, 62b, 63a, 63b, 64a and 64b are Vh61a, Vh61b, Vh62a and Vh62.
b, Vh63a, Vh63b, Vh64a, Vh64b
Then, the outputs in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction after the calculation are as follows for Dx, Dy, and Dz. Dx = Vh61a-Vh61b-Vh62a + Vh62
b Dy = Vh63a-Vh63b-Vh64a + Vh64
b Dz = Vh61a + Vh61b + Vh62a + Vh62
b + Vh63a + Vh63b + Vh64a + Vh64b As described above, the magnetic sensor 4A according to the second embodiment is
As compared with the magnetic sensor 4 of the first embodiment, as shown in FIG. 5, the number of arranged magnetic flux concentrator plates can be increased. Therefore, the magnetic flux converging effect of the magnetic converging plate can be enhanced,
The sensitivity of the magnetic sensor can be increased.

【0068】また、この場合には、磁気センサ4Aを構
成するホール素子の配置個数を増やすことができるの
で、各ホール素子からの出力電圧を演算後の出力を大き
くすることができるという利点がある。なお、磁気セン
サ4Aは、加速度センサ3の一部に組み込んで使用する
ようにしたが、独立に構成して汎用的に使用するように
しても良い。これは、後述の磁気センサについても同様
である。 (第3実施形態)この第3実施形態は、その基本的な構
成を第1実施形態と同様とし、その磁気センサ4(図2
参照)を、図6に示すような磁気センサ4Bに置き換え
たものである。従って、以下では、磁気センサ4Bの構
成についてのみ説明する。
Further, in this case, since the number of arranged hall elements constituting the magnetic sensor 4A can be increased, there is an advantage that the output voltage from each hall element can be increased after the calculation. . Although the magnetic sensor 4A is used by being incorporated in a part of the acceleration sensor 3, it may be independently configured and used for general purpose. The same applies to the magnetic sensor described later. (Third Embodiment) This third embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, and its magnetic sensor 4 (see FIG.
(See) is replaced with a magnetic sensor 4B as shown in FIG. Therefore, only the configuration of the magnetic sensor 4B will be described below.

【0069】図6は、磁気センサ4Bの構成を示す図で
あり、図6(A)はその磁気センサ4Bの平面図であ
り、図6(B)は同図(A)のC−C線の断面図であ
る。この磁気センサ4Bは、図6に示すように、シリコ
ン基板からなる重り部7上の所定位置に所定の大きさの
中心部80を設け、この中心部80の左右に中心部80
を挟んで磁気収束板76と磁気収束板77とを配置する
とともに、その中心部80の前後に中心部80を挟んで
磁気収束板78と磁気収束板79とを配置するようにし
たものである。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the magnetic sensor 4B, FIG. 6 (A) is a plan view of the magnetic sensor 4B, and FIG. 6 (B) is a line CC of FIG. 6 (A). FIG. As shown in FIG. 6, the magnetic sensor 4B has a center portion 80 of a predetermined size provided at a predetermined position on the weight portion 7 made of a silicon substrate, and the center portions 80 are provided on the left and right sides of the center portion 80.
The magnetic flux concentrating plate 76 and the magnetic flux concentrating plate 77 are arranged with the central portion 80 sandwiched therebetween, and the magnetic flux concentrating plate 78 and the magnetic flux concentrating plate 79 are disposed with the central portion 80 sandwiched therebetween. .

【0070】すなわち、磁気収束板76と磁束収束板7
7は、その中心部80を挟み、X軸方向に対向して配置
されている。また、磁気収束板78と磁束収束板79
は、その中心部80を挟み、Y軸方向に対向して配置さ
れている。磁気収束板76〜79は、重り部7上に絶縁
層51を介在してそれぞれ配置されている。図6に示す
ように、重り部7の表面領域のうち、磁気収束板76〜
79の中心部80側の各端部の近傍であって、その各下
部側には、ホール素子71〜74がそれぞれ配置されて
いる。
That is, the magnetic flux concentrator 76 and the magnetic flux concentrator 7
7 are arranged so as to face each other in the X-axis direction with the central portion 80 sandwiched therebetween. Further, the magnetic flux concentrating plate 78 and the magnetic flux concentrating plate 79
Are arranged to face each other in the Y-axis direction with the central portion 80 interposed therebetween. The magnetic flux concentrator plates 76 to 79 are arranged on the weight portion 7 with the insulating layer 51 interposed therebetween. As shown in FIG. 6, in the surface area of the weight portion 7, the magnetic flux concentrator plates 76 to
Hall elements 71 to 74 are arranged in the vicinity of the respective ends on the side of the central portion 80 of 79 and on the lower side thereof.

【0071】次に、このような構成からなる磁気センサ
4Bの動作について、図6を参照して説明する。いま、
X軸方向に外部から磁場が加わると、磁束は磁気収束板
76、77で収束される。この収束された磁束は、磁気
収束板76と磁気収束板77との間には隙間が存在す
る。このため、その収束された磁束は、その隙間の領域
で、図6(B)に示すようにZ軸方向に拡がる。
Next, the operation of the magnetic sensor 4B having such a configuration will be described with reference to FIG. Now
When a magnetic field is applied from the outside in the X-axis direction, the magnetic flux is converged by the magnetic flux concentrator plates 76 and 77. The magnetic flux thus converged has a gap between the magnetic flux concentrator plate 76 and the magnetic flux concentrator plate 77. Therefore, the converged magnetic flux spreads in the Z-axis direction in the area of the gap as shown in FIG. 6 (B).

【0072】このとき、磁束のZ軸方向の成分は、ホー
ル素子71とホール素子72では逆向きである。従っ
て、ホール素子71の出力電圧と、ホール素子72の出
力電圧との差分をとることにより、X軸方向の磁束密度
を求めることができる。なお、このとき、Y軸方向の外
部磁場に対しては、ホール素子71、72の位置ではZ
軸成分は現れない。Z軸方向の外部磁場に対しては、ホ
ール素子71、72、73、74の出力電圧は全て同じ
であり、演算後のX軸方向の出力には現れない。
At this time, the components of the magnetic flux in the Z-axis direction are opposite in the Hall element 71 and the Hall element 72. Therefore, the magnetic flux density in the X-axis direction can be obtained by taking the difference between the output voltage of the Hall element 71 and the output voltage of the Hall element 72. At this time, with respect to the external magnetic field in the Y-axis direction, Z at the positions of the Hall elements 71 and 72.
No axis component appears. The output voltages of the Hall elements 71, 72, 73, and 74 are all the same with respect to the external magnetic field in the Z-axis direction, and do not appear in the output in the X-axis direction after the calculation.

【0073】Y軸方向の磁束密度の検出は、ホール素子
73、74の出力電圧を、X軸方向の場合と同様に演算
することにより行うことができる。Z軸方向の磁束密度
の検出は、全てのホール素子71〜74の出力電圧の和
を取ることにより行う。このとき、X軸方向およびY軸
方向の外部磁場に対しては、ホール素子71とホール素
子72、ホール素子73とホール素子74の出力はそれ
ぞれ逆方向であるので、これらの和を取ることにより出
力はゼロとなる。
The magnetic flux density in the Y-axis direction can be detected by calculating the output voltages of the Hall elements 73 and 74 in the same manner as in the X-axis direction. The magnetic flux density in the Z-axis direction is detected by taking the sum of the output voltages of all the Hall elements 71 to 74. At this time, with respect to the external magnetic field in the X-axis direction and the Y-axis direction, the outputs of the Hall element 71 and the Hall element 72 and the Hall element 73 and the Hall element 74 are in the opposite directions, and the sum of these is obtained. The output will be zero.

【0074】以上の説明を数式を用いて表すと、以下の
ようになる。すなわち、ホール素子71、72、73、
74の出力電圧をVh71、Vh72、Vh73、Vh
74とすると、演算後のX軸方向、Y軸方向、およびZ
軸方向の出力はDx、Dy、Dzは、次のようになる。 Dx=Vh71−Vh72 Dy=Vh73−Vh74 Dz=Vh71+Vh72+Vh73+Vh74 以上のように、この第3実施形態の磁気センサ4Bで
は、磁気収束板76〜79を細長い形状にしたので、磁
気収束板の反磁界係数が小さくなり、磁気収束板が配置
される基板に対して水平方向の磁束の収束効果を高め、
磁気センサの感度を上げることができる。 (第4実施形態)この第4実施形態は、その基本的な構
成を第1実施形態と同様とし、その磁気センサ4(図2
参照)を、図7に示すような磁気センサ4Cに置き換え
たものである。従って、以下では、磁気センサ4Cの構
成についてのみ説明する。
The above description can be expressed as follows using mathematical expressions. That is, the Hall elements 71, 72, 73,
The output voltage of 74 is Vh71, Vh72, Vh73, Vh
74, the calculated X-axis direction, Y-axis direction, and Z
The outputs in the axial direction are as follows for Dx, Dy and Dz. Dx = Vh71-Vh72 Dy = Vh73-Vh74 Dz = Vh71 + Vh72 + Vh73 + Vh74 As described above, in the magnetic sensor 4B of the third embodiment, the magnetic flux concentrator plates 76 to 79 are elongated, so that the diamagnetic field coefficient of the magnetic flux concentrator plate is large. It becomes smaller and enhances the magnetic flux convergence effect in the horizontal direction with respect to the substrate on which the magnetic flux concentrator is placed.
The sensitivity of the magnetic sensor can be increased. (Fourth Embodiment) This fourth embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, and its magnetic sensor 4 (see FIG.
(See) is replaced with a magnetic sensor 4C as shown in FIG. Therefore, only the configuration of the magnetic sensor 4C will be described below.

【0075】図7は、磁気センサ4Cの構成を示す図で
あり、図7(A)はその磁気センサ4Cの平面図であ
り、図7(B)は同図(A)のD−D線の断面図であ
る。この磁気センサ4Cは、図7に示すように、シリコ
ン基板からなる重り部7上の所定位置に、十字形状であ
って軟磁性材料からなる磁気収束板85を配置したもの
である。磁気収束板85は、全体が薄板状からなり、X
軸方向の部分とY軸方向の部分とが直交するようになっ
ている。磁気収束板85は、重り部7上に絶縁層51を
介在してそれぞれ配置されている。
FIG. 7 is a diagram showing the structure of the magnetic sensor 4C, FIG. 7 (A) is a plan view of the magnetic sensor 4C, and FIG. 7 (B) is a line D--D in FIG. 7 (A). FIG. In this magnetic sensor 4C, as shown in FIG. 7, a magnetic flux concentrator plate 85 made of a soft magnetic material having a cross shape is arranged at a predetermined position on the weight portion 7 made of a silicon substrate. The magnetic flux concentrator plate 85 is made of a thin plate as a whole, and
The axial part and the Y-axis part are orthogonal to each other. The magnetic flux concentrator plates 85 are arranged on the weight portion 7 with the insulating layer 51 interposed therebetween.

【0076】図7に示すように、重り部7の表面領域の
うち、磁気収束板85のX軸方向およびY軸方向の各部
分の各端部の近傍であって、その各下部側には、ホール
素子81〜84がそれぞれ配置されている。次に、この
ような構成からなる磁気センサ4Cの動作について、図
7を参照して説明する。いま、X軸方向に外部から磁場
が加わった場合、磁束は磁気収束板85のうちのX軸方
向の部分により収束される。この収束された磁束は、図
7(B)に示すように、磁気収束板85のX軸方向の部
分の端部ではZ軸方向に拡がる。
As shown in FIG. 7, in the surface area of the weight portion 7, in the vicinity of each end portion of each portion of the magnetic flux concentrator plate 85 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and on each lower side thereof. , Hall elements 81 to 84 are respectively arranged. Next, the operation of the magnetic sensor 4C having such a configuration will be described with reference to FIG. Now, when a magnetic field is applied from the outside in the X-axis direction, the magnetic flux is converged by the portion of the magnetic flux concentrator plate 85 in the X-axis direction. As shown in FIG. 7B, the converged magnetic flux spreads in the Z-axis direction at the end portion of the X-axis direction portion of the magnetic flux concentrator plate 85.

【0077】このとき、磁束のZ軸方向の成分は、ホー
ル素子81とホール素子82では逆向きである。従っ
て、ホール素子81の出力電圧と、ホール素子82の出
力電圧との差分をとることにより、X軸方向の磁束密度
を求めることができる。なお、このとき、Y軸方向の外
部磁場に対しては、ホール素子81、82の位置ではZ
軸成分は現れない。Z軸方向の外部磁場に対しては、ホ
ール素子81、82、83、84の出力電圧は全て同じ
であり、演算後のX軸方向の出力には現れない。
At this time, the components of the magnetic flux in the Z-axis direction are opposite in the Hall element 81 and the Hall element 82. Therefore, the magnetic flux density in the X-axis direction can be obtained by taking the difference between the output voltage of the Hall element 81 and the output voltage of the Hall element 82. At this time, with respect to the external magnetic field in the Y-axis direction, Z at the positions of the Hall elements 81 and 82.
No axis component appears. With respect to the external magnetic field in the Z-axis direction, the output voltages of the Hall elements 81, 82, 83, 84 are all the same and do not appear in the output in the X-axis direction after the calculation.

【0078】Y軸方向の磁束密度の検出は、ホール素子
83、84の出力電圧を、X軸方向の場合と同様に演算
することにより行うことができる。Z軸方向の磁束密度
の検出は、全てのホール素子81〜84の出力電圧の和
を取ることにより行う。このとき、X軸方向およびY軸
方向の外部磁場に対しては、ホール素子81とホール素
子82、ホール素子83とホール素子84の出力はそれ
ぞれ逆方向であるので、これらの和を取ることにより出
力はゼロとなる。
The magnetic flux density in the Y-axis direction can be detected by calculating the output voltages of the Hall elements 83 and 84 in the same manner as in the X-axis direction. The magnetic flux density in the Z-axis direction is detected by taking the sum of the output voltages of all the Hall elements 81-84. At this time, with respect to the external magnetic fields in the X-axis direction and the Y-axis direction, the outputs of the hall element 81 and the hall element 82 and the hall element 83 and the hall element 84 are in opposite directions. The output will be zero.

【0079】以上の説明を数式を用いて表すと、以下の
ようになる。すなわち、ホール素子81、82、83、
84の出力電圧をVh81、Vh82、Vh83、Vh
84とすると、演算後のX軸方向、Y軸方向、およびZ
軸方向の出力はDx、Dy、Dzは、次のようになる。 Dx=Vh81−Vh82 Dy=Vh83−Vh84 Dz=Vh81+Vh82+Vh83+Vh84 (第5実施形態)この第5実施形態は、第1実施形態の
加速度センサ3を、図8に示すような加速度センサ3A
に置き換えたものである。
The above description can be expressed as follows using mathematical expressions. That is, the hall elements 81, 82, 83,
The output voltage of 84 is Vh81, Vh82, Vh83, Vh
84, the X-axis direction, Y-axis direction, and Z after calculation
The outputs in the axial direction are as follows for Dx, Dy and Dz. Dx = Vh81-Vh82 Dy = Vh83-Vh84 Dz = Vh81 + Vh82 + Vh83 + Vh84 (Fifth Embodiment) In the fifth embodiment, the acceleration sensor 3 of the first embodiment is replaced by an acceleration sensor 3A as shown in FIG.
Is replaced with.

【0080】加速度センサ3Aは、図8に示すように、
支持体1を中央に配置するとともに、その支持体1の周
囲に重り部2を配置するようにしたものである。すなわ
ち、図1に示す加速度センサ3の重り部7の位置に支持
体1を配置するとともに、その加速度センサ3の支持体
8の位置に重り部2を配置し、その配置を入れ替えるよ
うにしたものである。加速度センサ3Aは、ガラス台5
に固定される支持体1と、重り部2と、この重り部2を
可動自在に支持体1に支持させる梁11〜18などから
構成され、この構成については後述する。
The acceleration sensor 3A, as shown in FIG.
The support 1 is arranged in the center, and the weight portion 2 is arranged around the support 1. That is, the support 1 is arranged at the position of the weight 7 of the acceleration sensor 3 shown in FIG. 1, the weight 2 is arranged at the position of the support 8 of the acceleration sensor 3, and the arrangement is replaced. Is. The acceleration sensor 3A is a glass table 5
The supporting member 1 is fixed to the supporting member 1, the weight portion 2, and the beams 11 to 18 that movably support the weight portion 2 on the supporting member 1 and the like. This configuration will be described later.

【0081】さらに、加速度センサ3Aを構成する重り
部2上の所定位置と支持体1上の所定位置とには、加速
度センサ3Aに対してその規模が小さな磁気センサ4と
演算処理部6とが分散して配置されている。このよう
に、この第5実施形態に係る方位角センサは、加速度セ
ンサ3Aを構成する重り部2の一部と支持体1の一部
に、加速度サンサ3Aよりもその規模が小さな磁気セン
サ4と演算処理部6とをそれぞれ組み込み、全体として
小型化を図るようにしたものである。
Further, at a predetermined position on the weight portion 2 and the predetermined position on the support body 1 constituting the acceleration sensor 3A, a magnetic sensor 4 and an arithmetic processing unit 6 which are smaller in scale than the acceleration sensor 3A are provided. It is distributed and arranged. As described above, in the azimuth sensor according to the fifth embodiment, the magnetic sensor 4 having a smaller scale than the acceleration sensor 3A is provided in a part of the weight portion 2 and a part of the support body 1 forming the acceleration sensor 3A. The arithmetic processing section 6 and the arithmetic processing section 6 are respectively incorporated so as to reduce the size as a whole.

【0082】次に、加速度センサ3Aの構成について説
明する。ここで、加速度センサ3Aは、上述の国際公開
公報に記載の加速度センサとその構成が同様である。こ
のため、以下では、第5実施形態の説明に必要な範囲で
説明する。すなわち、この加速度センサ3Aは、図8に
示すように、ガラス基板5上に形成され、そのガラス基
板5上の中央に、四角錐台からなりその上下を逆にした
支持体1が固定されている。この支持体1の周囲には、
所定の間隔をおいて四角形の枠からなる重り部2がその
支持体1を囲うように配置されている。
Next, the structure of the acceleration sensor 3A will be described. Here, the acceleration sensor 3A has the same configuration as the acceleration sensor described in the above-mentioned International Publication. Therefore, in the following, description will be given within the range necessary for the description of the fifth embodiment. That is, as shown in FIG. 8, this acceleration sensor 3A is formed on a glass substrate 5, and a support 1 made of a truncated quadrangular pyramid and having its inverted shape is fixed to the center of the glass substrate 5. There is. Around this support 1,
A weight portion 2 formed of a rectangular frame is arranged at a predetermined interval so as to surround the support 1.

【0083】重り部2は、肉厚の薄い梁11〜18によ
り支持体1に可動自在に支持されるとともに、その各梁
11〜18は、その長さ方向が支持体1の各辺に沿うよ
うに配置されている。支持体1、重り部2、および梁1
1〜18は、シリコンの基板を素材にして形成されてい
る。梁11、12は、図示のように、その長さ方向が支
持体1の上辺に沿うように配置され、その各一端は支持
体1の上辺の中央部に共通に接続され、その各他端は重
り部2の内周部の角部(隅の部分)にそれぞれ接続され
ている。
The weight portion 2 is movably supported by the support 1 by the thin beams 11 to 18, and the length direction of each of the beams 11 to 18 is along each side of the support 1. Are arranged as follows. Support 1, weight 2, and beam 1
1 to 18 are formed by using a silicon substrate as a material. As shown in the drawing, the beams 11 and 12 are arranged such that their lengthwise directions are along the upper side of the support 1, and one ends thereof are commonly connected to the central portion of the upper side of the support 1 and the other ends thereof. Are respectively connected to the corners (corner portions) of the inner peripheral portion of the weight portion 2.

【0084】同様に、梁13、14、梁15、16、お
よび梁17、18は、図示のように、その長さ方向が支
持体1の左辺、下辺、および右辺にそれぞれ沿うように
配置され、その各梁の一端は支持体1の対応する辺の中
央部に共通に接続され、その各他端は重り部2の内周部
の対応する角部にそれぞれ接続されている。梁11、1
2の応力集中部である両端には、応力検出素子21、2
2、23、24が配置されている。同様に、梁13、1
4、梁15、16、および梁17、18の各両端には、
応力検出素子21〜24がそれぞれ配置されている。応
力検出素子21〜24としては、ピエゾ抵抗素子、MO
Sトランジスタなどが使用される。
Similarly, the beams 13 and 14, the beams 15 and 16, and the beams 17 and 18 are arranged so that their length directions are along the left side, the lower side, and the right side of the support 1, respectively, as shown in the drawing. One end of each beam is commonly connected to the central portion of the corresponding side of the support 1, and the other end thereof is connected to the corresponding corner portion of the inner peripheral portion of the weight portion 2. Beams 11, 1
The stress detecting elements 21, 2
2, 23, 24 are arranged. Similarly, the beams 13, 1
4, each of the beams 15, 16 and the beams 17, 18 has
The stress detecting elements 21 to 24 are arranged respectively. As the stress detecting elements 21 to 24, piezoresistive elements, MO
An S transistor or the like is used.

【0085】このような構成からなる加速度センサ3A
では、加速度が作用すると、重り部2には、その加速度
の方向とは反対方向に慣性力が働き、応力検出素子21
〜24の部分に応力が生じる。16箇所に配置された応
力検出素子21〜24の出力信号を使用して所定の演算
をすることにより、3次元空間における加速度ベクトル
を得ることができる。なお、この動作の詳細は、上述の
国際公開公報に詳細に記載されているので、ここではそ
の説明は省略する。
Acceleration sensor 3A having such a configuration
Then, when acceleration acts, an inertial force acts on the weight portion 2 in a direction opposite to the direction of the acceleration, and the stress detecting element 21
The stress is generated in the part of ~ 24. An acceleration vector in a three-dimensional space can be obtained by performing a predetermined calculation using the output signals of the stress detection elements 21 to 24 arranged at 16 places. Since the details of this operation are described in the above-mentioned International Publication, the description thereof is omitted here.

【0086】なお、この第5実施形態では、加速度セン
サ3Aの出力信号が第1実施形態の加速度センサ3の出
力信号と同様であり、磁気センサ4が第1実施形態と同
様に構成される。このため、加速度センサ3Aの出力信
号と、磁気センサ4の出力信号とを、図3に示す演算処
理部6で第1実施形態の場合と同様に演算処理すること
ができる。また、この第5実施形態では、磁気センサ4
を上述の他の磁気センサ4A、4B、4Cに置き換える
ようにしても良い。
In the fifth embodiment, the output signal of the acceleration sensor 3A is the same as the output signal of the acceleration sensor 3 of the first embodiment, and the magnetic sensor 4 has the same structure as that of the first embodiment. Therefore, the output signal of the acceleration sensor 3A and the output signal of the magnetic sensor 4 can be processed by the calculation processing unit 6 shown in FIG. 3 in the same manner as in the first embodiment. In addition, in the fifth embodiment, the magnetic sensor 4
May be replaced with the other magnetic sensors 4A, 4B, and 4C described above.

【0087】なお、この第5実施形態では、図8に示す
ように、磁気センサ4と信号処理部6とが、重り部2と
支持体1とに分散した配置されている。しかし、磁気セ
ンサ4と信号処理部6を、重り部2または支持体1のい
ずれか一方に配置するようにしても良い。 (第6実施形態)図9は、第6実施形態のカバーを外し
た状態の斜視図であり、図10は図9のの中央の断面図
であって、カバーを付けた状態のものである。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, the magnetic sensor 4 and the signal processing section 6 are arranged in the weight section 2 and the support 1 in a dispersed manner. However, the magnetic sensor 4 and the signal processing unit 6 may be arranged on either the weight 2 or the support 1. (Sixth Embodiment) FIG. 9 is a perspective view of the sixth embodiment with a cover removed, and FIG. 10 is a sectional view of the center of FIG. 9 with a cover attached. .

【0088】この第6実施形態は、第1実施形態の加速
度センサ3(図1を参照)を、図9および図10に示す
ような静電容量型の加速度センサ3Bに置き換えたもの
である。加速度センサ3Bは、ガラス台91上に固定さ
れる支持体93、重り部92、この重り部92を可動自
在に支持体93に支持させる梁101〜108、カバー
94、可動電極95〜98、および固定電極125、1
26などから後述のように構成される。さらに、加速度
センサ3Bを構成する重り部92上の所定位置と支持体
93上の所定位置とには、磁気センサ4と演算処理部6
とが分散して配置されている。
In the sixth embodiment, the acceleration sensor 3 of the first embodiment (see FIG. 1) is replaced with a capacitance type acceleration sensor 3B as shown in FIGS. 9 and 10. The acceleration sensor 3B includes a support 93 fixed on the glass base 91, a weight portion 92, beams 101 to 108 for movably supporting the weight portion 92 on the support 93, a cover 94, movable electrodes 95 to 98, and Fixed electrode 125, 1
26 and the like as will be described later. Furthermore, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 are provided at a predetermined position on the weight portion 92 and a predetermined position on the support body 93 that form the acceleration sensor 3B.
And are distributed.

【0089】このように、この第6実施形態に係る方位
角センサは、加速度センサ3Bを構成する重り部92の
一部と支持体93の一部に、磁気センサ4と演算処理部
6とをそれぞれ組み込み、全体として小型化を図るよう
にしたものである。次に、加速度センサ3Bの構成につ
いて説明する。この加速度センサ3Bは、図9および図
10に示すように、ガラス基板91上に形成され、その
ガラス基板91上の中央に、四角錐台からなりその上下
を逆にした重り部92が可動自在に配置されている。
As described above, in the azimuth angle sensor according to the sixth embodiment, the magnetic sensor 4 and the arithmetic processing unit 6 are provided in a part of the weight portion 92 and a part of the support body 93 constituting the acceleration sensor 3B. Each of them is built in to reduce the size as a whole. Next, the configuration of the acceleration sensor 3B will be described. As shown in FIGS. 9 and 10, the acceleration sensor 3B is formed on a glass substrate 91, and a weight portion 92 made up of a truncated pyramid and having an inverted shape is movable in the center of the glass substrate 91. It is located in.

【0090】この重り部92の周囲には、所定の間隔を
おいて四角形の枠からなり支持体93がその重り部92
を囲うように配置されるとともに、その支持体93はガ
ラス基板91に固定されている。重り部92は、肉厚の
薄い梁101〜108により支持体93に可動自在に支
持されるとともに、その各梁101〜108は、その長
さ方向が重り部92の各辺に沿うように配置されてい
る。支持体93、重り部92、および梁101〜108
は、シリコン基板を素材にして形成されている。
Around the weight portion 92, a support 93 made of a quadrangular frame is arranged at a predetermined interval, and the support portion 93 has the weight portion 92.
The support 93 is fixed to the glass substrate 91. The weight portion 92 is movably supported by the support body 93 by the thin-walled beams 101 to 108, and the respective beams 101 to 108 are arranged such that the length direction thereof is along each side of the weight portion 92. Has been done. Support 93, weight 92, and beams 101-108
Is made of a silicon substrate.

【0091】梁101、102は、図示のように、その
長さ方向が重り部92の上辺に沿うように配置され、そ
の各一端は重り部92の上辺の中央部に共通に接続さ
れ、その各他端が支持体93の内周部の角部の近傍にそ
れぞれ接続されている。同様に、梁103、104、梁
105、106、および梁107、108は、図示のよ
うに、その長さ方向が重り部92の左辺、下辺、および
右辺にそれぞれ沿うように配置され、その各梁の一端は
重り部92の対応する辺の中央部に共通に接続され、そ
の各他端は支持体93の内周部の対応する角部の近傍に
それぞれ接続されている。
As shown in the figure, the beams 101 and 102 are arranged so that the length direction thereof is along the upper side of the weight portion 92, and one end of each of them is commonly connected to the central portion of the upper side of the weight portion 92. Each of the other ends is connected to the vicinity of the corner of the inner peripheral portion of the support 93. Similarly, the beams 103 and 104, the beams 105 and 106, and the beams 107 and 108 are arranged so that their length directions are along the left side, the lower side, and the right side of the weight portion 92, respectively, as shown in the drawing. One end of the beam is commonly connected to the central portion of the corresponding side of the weight portion 92, and the other end thereof is connected to the vicinity of the corresponding corner portion of the inner peripheral portion of the support body 93, respectively.

【0092】従って、支持体93の内周部の4つの各角
部には、図9に示すような4つの空間109が形成され
ることになる。重り部92上の四隅には、図9に示すよ
うに、コンデンサを形成するための可動電極95、9
6、97、98がそれぞれ配置されている。また、重り
部92上の中央部には、磁気センサ4を構成する磁気収
束板45が配置されている。可動電極95〜98と磁気
収束板45とは、同一の軟磁性材料からなる薄板で構成
されている。
Therefore, four spaces 109 as shown in FIG. 9 are formed at each of the four corners of the inner peripheral portion of the support 93. As shown in FIG. 9, movable electrodes 95, 9 for forming capacitors are provided at four corners on the weight portion 92.
6, 97 and 98 are arranged respectively. In addition, a magnetic flux concentrator plate 45 that constitutes the magnetic sensor 4 is arranged in the center of the weight portion 92. The movable electrodes 95 to 98 and the magnetic flux concentrator plate 45 are thin plates made of the same soft magnetic material.

【0093】支持体93の上には、図10に示すよう
に、シリコン基板からなるカバー94が設けられてい
る。そして、そのカバー94の裏面側(内側)と、重り
部92の上面側とが対向するようになっている。さら
に、カバー94は、その裏面側に、重り部92が可動で
きる空間を有している。また、カバー94の裏面側(内
側)であって、重り部92上の可動電極95、96と対
向する位置には、その可動電極95、96との間でコン
デンサを形成するための固定電極125、126がそれ
ぞれ配置されている。同様に、カバー94の裏面側であ
って、可動電極97、98と対向する位置には、その可
動電極97、98との間でコンデンサを形成するための
2つの固定電極(図示せず)がそれぞれ配置されてい
る。
As shown in FIG. 10, a cover 94 made of a silicon substrate is provided on the support 93. Then, the back surface side (inside) of the cover 94 and the upper surface side of the weight portion 92 face each other. Further, the cover 94 has a space on the back surface side thereof in which the weight portion 92 can move. Further, on the back surface side (inner side) of the cover 94, at a position facing the movable electrodes 95 and 96 on the weight portion 92, a fixed electrode 125 for forming a capacitor between the movable electrodes 95 and 96. , 126 are arranged respectively. Similarly, two fixed electrodes (not shown) for forming a capacitor between the movable electrodes 97 and 98 are provided on the back surface side of the cover 94 at positions facing the movable electrodes 97 and 98. Each is arranged.

【0094】次に、この加速度センサ3Bにより、X軸
方向、Y軸方向、およびZ軸方向の加速度をそれぞれ求
める原理について、図9乃至図11を参照して説明す
る。この加速度センサ3Bに加速度が作用すると、重り
部92にはその加速度とは反対方向に慣性力が働き、カ
バー94に対して重り部92の位置が変化する。いま、
可動電極96と固定電極126で構成されるコンデンサ
の静電容量をCx1、可動電極97とこれと対応する固
定電極(図示せず)とで構成されるコンデンサの静電容
量をCx2とする。さらに、可動電極95と固定電極1
25で構成されるコンデンサの静電容量をCy1、可動
電極98とこれに対応する固定電極(図示せず)とで構
成されるコンデンサの静電容量をCy2とする。
Next, the principle of obtaining the accelerations in the X-axis direction, the Y-axis direction and the Z-axis direction by the acceleration sensor 3B will be described with reference to FIGS. 9 to 11. When acceleration acts on the acceleration sensor 3B, an inertial force acts on the weight portion 92 in a direction opposite to the acceleration, and the position of the weight portion 92 changes with respect to the cover 94. Now
Let Cx1 be the capacitance of the capacitor composed of the movable electrode 96 and the fixed electrode 126, and Cx2 be the capacitance of the capacitor composed of the movable electrode 97 and the corresponding fixed electrode (not shown). Furthermore, the movable electrode 95 and the fixed electrode 1
The electrostatic capacity of the capacitor composed of 25 is Cy1, and the electrostatic capacity of the capacitor composed of the movable electrode 98 and a fixed electrode (not shown) corresponding thereto is Cy2.

【0095】これらの静電容量を容量−電圧変換器によ
り電圧に変換し、その変換電圧に基づいてX軸方向、Y
軸方向、およびZ軸方向の加速度をそれぞれ求めるよう
になっている。すなわち、図11のX軸方向に加速度が
加わった場合には、重り部7がその加速度に応じて傾
き、静電容量Cx1は増加し、静電容量Cx2は減少す
る。従って、X軸方向の加速度を求める第1の加速度検
出回路(図示せず)は、静電容量Cx1と静電容量Cx
2との差分をとることによりX軸方向の加速度信号を得
るようになっている。
These capacitances are converted into voltage by a capacitance-voltage converter, and based on the converted voltage, in the X-axis direction, Y
The acceleration in the axial direction and the acceleration in the Z-axis direction are obtained respectively. That is, when acceleration is applied in the X-axis direction in FIG. 11, the weight portion 7 tilts according to the acceleration, the electrostatic capacitance Cx1 increases, and the electrostatic capacitance Cx2 decreases. Therefore, the first acceleration detection circuit (not shown) for obtaining the acceleration in the X-axis direction has the electrostatic capacitance Cx1 and the electrostatic capacitance Cx.
The acceleration signal in the X-axis direction is obtained by taking the difference from 2.

【0096】このとき、Y軸方向またはZ軸方向の加速
度が加わった場合には、静電容量Cx1と静電容量Cx
2の変化量は同じであり、これらの差分を取る第1の加
速度検出回路からは加速度信号は出力されない。同様
に、Y軸方向の加速度を求める第2の加速度検出回路
(図示せず)は、静電容量Cy1と静電容量Cy2との
差分を取ることにより、Y軸方向の加速度信号を得るよ
うになっている。
At this time, when acceleration in the Y-axis direction or the Z-axis direction is applied, the electrostatic capacitance Cx1 and the electrostatic capacitance Cx are obtained.
The change amounts of 2 are the same, and the acceleration signal is not output from the first acceleration detection circuit that takes the difference between them. Similarly, the second acceleration detection circuit (not shown) for obtaining the acceleration in the Y-axis direction obtains the acceleration signal in the Y-axis direction by taking the difference between the capacitance Cy1 and the capacitance Cy2. Has become.

【0097】また、Z軸方向の加速度を求める第3の加
速度検出回路(図示せず)は、静電容量Cx1,Cx
2、Cy1、Cy2の和を取ることにより、Z軸方向の
加速度信号を得るようになっている。なお、この第6実
施形態では、加速度センサ3Bの出力信号が第1実施形
態の加速度センサ3の出力信号と実質的に同様であり、
磁気センサ4が第1実施形態と同様に構成される。この
ため、加速度センサ3Bの出力信号と、磁気センサ4の
出力信号とを、図3に示す演算処理部6で第1実施形態
の場合と同様に演算処理することができる。
The third acceleration detecting circuit (not shown) for obtaining the acceleration in the Z-axis direction has electrostatic capacitances Cx1 and Cx.
An acceleration signal in the Z-axis direction is obtained by taking the sum of 2, Cy1 and Cy2. In the sixth embodiment, the output signal of the acceleration sensor 3B is substantially the same as the output signal of the acceleration sensor 3 of the first embodiment,
The magnetic sensor 4 is configured similarly to the first embodiment. Therefore, the output signal of the acceleration sensor 3B and the output signal of the magnetic sensor 4 can be processed by the calculation processing unit 6 shown in FIG. 3 in the same manner as in the first embodiment.

【0098】また、この第6実施形態では、磁気センサ
4を上述の他の磁気センサ4A、4B、4Cに置き換え
るようにしても良い。
Further, in the sixth embodiment, the magnetic sensor 4 may be replaced with the above-mentioned other magnetic sensors 4A, 4B, 4C.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
地磁気と重力加速度に基づいた方位を検出することが可
能であって、携帯機器などに搭載できる小型で低価格の
集積化方位センサを実現できる。また、本発明におい
て、磁気収束板の配置個数を増やす場合には、その磁気
収束板による磁束の収束効果を高めることができ、磁気
センサの感度を上げることができる。この場合には、磁
気センサを構成するホール素子の配置個数を増やすこと
ができるので、各ホール素子からの出力電圧を演算後の
出力を大きくすることができるという利点がある。
As described above, according to the present invention,
It is possible to detect an azimuth based on geomagnetism and gravitational acceleration, and it is possible to realize a small-sized and low-cost integrated azimuth sensor that can be mounted on a mobile device or the like. Further, in the present invention, when the number of arranged magnetic flux concentrator plates is increased, the magnetic flux converging effect of the magnetic flux concentrator plates can be enhanced, and the sensitivity of the magnetic sensor can be enhanced. In this case, it is possible to increase the number of arranged Hall elements that form the magnetic sensor, so that there is an advantage that the output voltage from each Hall element can be increased after the calculation.

【0100】さらにまた、本発明において、磁気収束板
を細長い形状にする場合には、磁気収束板の反磁界係数
が小さくなり、磁気収束板が配置される基板に対して水
平方向の磁束の収束効果を高め、磁気センサの感度を上
げることができる。
Furthermore, in the present invention, when the magnetic flux concentrating plate has an elongated shape, the demagnetizing field coefficient of the magnetic flux concentrating plate becomes small and the magnetic flux converging in the horizontal direction with respect to the substrate on which the magnetic flux concentrating plate is arranged. The effect can be enhanced and the sensitivity of the magnetic sensor can be enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の集積化方位センサの第1実施形態の外
観構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a first embodiment of an integrated orientation sensor of the present invention.

【図2】第1実施形態に搭載される磁気センサの構成を
示す図であり、(A)はその平面図、(B)は(A)の
A−A線の断面図である。
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a magnetic sensor mounted in the first embodiment, FIG. 2A is a plan view thereof, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】第1実施形態における演算処理部の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an arithmetic processing unit in the first embodiment.

【図4】第1実施形態における地磁気ベクトルと回転軸
の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a geomagnetic vector and a rotation axis in the first embodiment.

【図5】第2実施形態の磁気センサの構成を示す図であ
り、(A)はその平面図、(B)は(A)のB−B線の
断面図である。
5A and 5B are diagrams showing a configuration of a magnetic sensor according to a second embodiment, FIG. 5A is a plan view thereof, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.

【図6】第3実施形態の磁気センサの構成を示す図であ
り、(A)はその平面図、(B)は(A)のC−C線の
断面図である。
6A and 6B are diagrams showing a configuration of a magnetic sensor according to a third embodiment, FIG. 6A is a plan view thereof, and FIG. 6B is a sectional view taken along line CC of FIG.

【図7】第4実施形態の磁気センサの構成を示す図であ
り、(A)はその平面図、(B)は(A)のD−D線の
断面図である。
7A and 7B are diagrams showing a configuration of a magnetic sensor according to a fourth embodiment, FIG. 7A is a plan view thereof, and FIG. 7B is a sectional view taken along line DD of FIG.

【図8】本発明の集積化方位センサの第5実施形態の外
観構成を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing an external configuration of a fifth embodiment of the integrated orientation sensor of the present invention.

【図9】本発明の集積化方位センサの第6実施形態の外
観構成であって、カバーを外した状態の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of the integrated azimuth sensor according to a sixth embodiment of the present invention, showing an external configuration thereof, with a cover removed.

【図10】図9の中央の断面図であり、カバーを付けた
状態のものである。
FIG. 10 is a sectional view of the center of FIG. 9 with a cover attached.

【図11】図9の平面図である。FIG. 11 is a plan view of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、8、93 支持体 2、7、92 重り部 3、3A、3B 加速度センサ 4、4A〜4C 磁気センサ 5、91 ガラス台 6 演算処理部(信号処理部) 11〜18 梁 21〜24 応力検出素子 31〜38 梁 41〜44 ホール素子 45 磁気収束板 65〜69 磁気収束板 61a、61b、62a、62b ホール素子 63a、63b、64a、64b ホール素子 76〜79 磁気収束板 71〜74 ホール素子 85 磁気収束板 81〜84 ホール素子 94 カバー 95〜98 可動電極 101〜108 梁 125、126 固定電極 115 A/D変換部 116 補正計算部 117 補正値記憶部 118 方位角計算部 1,8,93 Support 2, 7, 92 Weight section 3, 3A, 3B acceleration sensor 4, 4A-4C magnetic sensor 5,91 glass stand 6 Arithmetic processing unit (signal processing unit) 11-18 beams 21-24 Stress detection element 31-38 beams 41-44 Hall element 45 Magnetic flux concentrator 65-69 Magnetic flux concentrator 61a, 61b, 62a, 62b Hall element 63a, 63b, 64a, 64b Hall element 76 to 79 Magnetic flux concentrator 71-74 Hall element 85 Magnetic flux concentrator 81-84 Hall element 94 cover 95-98 movable electrode 101-108 beams 125,126 Fixed electrode 115 A / D converter 116 Correction calculator 117 Correction value storage unit 118 Azimuth calculator

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 地磁気を検出する少なくとも3軸の磁気
センサと、 重力加速度を検出する2軸以上の加速度センサと、 前記磁気センサからの出力信号および前記加速度センサ
からの出力信号を処理する信号処理部とを備え、 前記加速度センサは、シリコン基板からなり固定された
支持体と、シリコン基板からなる重り部と、この重り部
を可動自在に前記支持体に支持させる梁と、を少なくと
も備え、 前記磁気センサおよび前記信号処理部を、前記支持体上
および前記重り部上のいずれか一方に配置し、または前
記支持体上と前記重り部上に分散配置するようにしたこ
とを特徴とする集積化方位センサ。
1. A magnetic sensor of at least three axes for detecting geomagnetism, an acceleration sensor of two or more axes for detecting gravitational acceleration, a signal processing for processing an output signal from the magnetic sensor and an output signal from the acceleration sensor. The acceleration sensor includes at least a supporting body made of a silicon substrate, a weight portion made of a silicon substrate, and a beam movably supporting the weight portion on the supporting body. The magnetic sensor and the signal processing unit are arranged on either one of the support and the weight portion, or dispersedly arranged on the support and the weight portion. Direction sensor.
【請求項2】 前記磁気センサは、 前記支持体上または前記重り部上の所定位置に配置さ
れ、前記支持体または前記重り部の表面に沿う方向の磁
束を収束する磁気収束板と、 前記支持体または前記重り部の表面側であって、前記磁
気収束板の所定の端部の近傍に配置され、その各端部の
近傍に広がる磁束をそれぞれ検出する少なくとも3つの
ホール素子と、 を備えたことを特徴とする請求項1に記載の集積化方位
センサ。
2. The magnetic sensor is disposed at a predetermined position on the support or on the weight portion, and the magnetic sensor converges a magnetic flux in a direction along a surface of the support or the weight portion. At least three Hall elements, which are arranged on the front surface side of the body or the weight portion and near the predetermined ends of the magnetic flux concentrator, and which detect the magnetic flux spreading near the respective ends, respectively. The integrated orientation sensor according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記磁気センサは、 前記支持体上または前記重り部上であって、その所定位
置に配置される第1の磁気収束板と、 前記支持体上または前記重り部上であって、前記第1の
磁気収束板の周囲の外周方向に所定間隔をおいて配置さ
れる複数の第2の磁気収束板と、 前記支持体または前記重り部の表面側であって、前記第
1の磁気収束板と前記各第2の磁気収束板とが隣接し合
う各近傍に、その近傍に広がる磁束をそれぞれ検出する
複数のホール素子と、 を備えたことを特徴とする請求項1に記載の集積化方位
センサ。
3. The magnetic sensor is provided on the support or the weight portion, and a first magnetic flux concentrator plate arranged at a predetermined position thereof, and on the support or the weight portion. A plurality of second magnetic flux concentrator plates arranged at predetermined intervals in the outer circumferential direction around the first magnetic flux concentrator plate, and on the front surface side of the support or the weight portion, 2. A plurality of Hall elements, each of which detects a magnetic flux spreading near the magnetic converging plate and each of the second magnetic converging plates adjacent to each other, are provided in each vicinity. Integrated orientation sensor.
【請求項4】 前記磁気センサは、 前記支持体上または前記重り部上であって、その所定の
中心部を挟んで第1の方向に対向して配置され、その第
1の方向に磁束を収束する第1の磁気収束板と、 前記支持体上または前記重り部上であって、前記中心部
を挟んで第1の方向と直交する第2の方向に対向して配
置され、その第2の方向に磁束を収束する第2の磁気収
束板と、 前記支持体または前記重り部の表面側であって、前記第
1および第2の磁気収束板の前記中心部側の各端部の近
傍に、その近傍に広がる磁束をそれぞれ検出するホール
素子と、 を備えたことを特徴とする請求項1に記載の集積化方位
センサ。
4. The magnetic sensor is arranged on the support or on the weight portion so as to face each other in a first direction with a predetermined center portion of the magnetic sensor interposed therebetween, and to generate a magnetic flux in the first direction. A first magnetic flux converging plate that converges; and a first magnetic flux concentrator that is disposed on the support or on the weight portion and is opposed to a second direction across the central portion, the second direction being orthogonal to the first direction. A second magnetic flux converging plate for converging magnetic flux in the direction of, and near each end of the first or second magnetic flux concentrating plate on the surface side of the support or the weight portion. The integrated azimuth sensor according to claim 1, further comprising: a Hall element that detects a magnetic flux spreading in the vicinity of the Hall element.
【請求項5】 前記磁気センサは、 前記支持体上または前記重り部上であって、その所定位
置に配置される十字形状の磁気収束板と、 前記支持体または前記重り部の表面側であって、前記磁
気収束板の各端部の近傍に、その近傍に広がる磁束をそ
れぞれ検出するホール素子と、 を備えたことを特徴とする請求項1に記載の集積化方位
センサ。
5. The magnetic sensor comprises a cross-shaped magnetic flux concentrator plate disposed on a predetermined position of the support body or the weight portion, and a surface side of the support body or the weight portion. 2. The integrated azimuth sensor according to claim 1, further comprising: a Hall element near each end of the magnetic flux concentrator, each Hall element detecting a magnetic flux spreading in the vicinity thereof.
【請求項6】 前記磁気収束板は、軟磁性材料からなる
薄板により構成されることを特徴とする請求項2乃至請
求項5のいずれかに記載の集積化方位センサ。
6. The integrated azimuth sensor according to claim 2, wherein the magnetic flux concentrator is a thin plate made of a soft magnetic material.
【請求項7】 前記加速度センサ部は、 中央に中空部を有して固定された支持体と、 この支持体の中空部内に配置される重り部と、 この重り部を可動自在に前記支持体に支持させる肉厚の
薄い複数の梁と、を備え、 前記重り部の上に前記磁気センサを配置するようにした
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記
載の集積化方位センサ。
7. The acceleration sensor portion has a support body having a hollow portion in the center and fixed, a weight portion arranged in the hollow portion of the support body, and the support portion movably supporting the weight portion. 7. A plurality of thin-walled beams to be supported by the magnetic field sensor, the magnetic sensor being arranged on the weight portion, the integrated structure according to any one of claims 1 to 6. Direction sensor.
【請求項8】 前記加速度センサ部は、 固定された支持体と、 この支持体を囲うように配置される重り部と、 この重り部を可動自在に前記支持体に支持させる肉厚の
薄い複数の梁と、を備え、 前記重り部の上に前記磁気センサを配置するようにした
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記
載の集積化方位センサ。
8. The acceleration sensor section includes a fixed support body, a weight section arranged so as to surround the support body, and a plurality of thin-walled members for movably supporting the weight section on the support body. 7. The integrated orientation sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is arranged on the weight portion.
【請求項9】 前記各梁は、その両端の応力集中部に応
力検知素子としてピエゾ抵抗素子を備えていることを特
徴とする請求項7または請求項8に記載の集積化方位セ
ンサ。
9. The integrated azimuth sensor according to claim 7, wherein each of the beams is provided with a piezoresistive element as a stress detecting element at a stress concentration portion at both ends thereof.
【請求項10】 前記各梁は、その両端の応力集中部に
応力検知素子としてMOSトランジスタを備えているこ
とを特徴とする請求項7または請求項8に記載の集積化
方位センサ。
10. The integrated azimuth sensor according to claim 7, wherein each of the beams is provided with a MOS transistor as a stress detecting element in a stress concentration portion at both ends thereof.
【請求項11】 前記加速度センサ部は、 前記支持体、前記重り部、および前記複数の梁の他に、
前記重り部の上側に前記支持体と固定され、重り部が可
動できる空間を有するケースをさらに備え、 前記重り部の表面の所定位置に可動電極を設けるととも
に、前記ケースの裏面側であって前記可動電極に対向す
る位置に固定電極を設け、静電容量型の加速度センサを
形成するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求
項6のいずれかに記載の集積化方位センサ。
11. The acceleration sensor section includes, in addition to the support body, the weight section, and the plurality of beams,
A case, which is fixed to the support body above the weight portion and has a space in which the weight portion can move, further includes a movable electrode provided at a predetermined position on the front surface of the weight portion, and the back side of the case is 7. The integrated azimuth sensor according to claim 1, wherein a fixed electrode is provided at a position facing the movable electrode to form a capacitance type acceleration sensor.
【請求項12】 前記磁気収束板と前記可動電極は、同
一の軟磁性材料からなることを特徴とする請求項11に
記載の集積化方位センサ。
12. The integrated orientation sensor according to claim 11, wherein the magnetic flux concentrator and the movable electrode are made of the same soft magnetic material.
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